ES2909579T3 - Arginine as sole nitrogen source for C1-fixing microorganisms - Google Patents

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Lars K Nielsen
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Abstract

Un método para cultivar un microorganismo fijador de C1, que comprende hacer fluir un sustrato gaseoso que comprende uno o más de CO, CO2 y H2 a un biorreactor que contiene un cultivo de un microorganismo fijador de C1 en un medio nutritivo líquido; en donde se proporciona arginina al cultivo como única fuente de nitrógeno; además, en donde el microorganismo fijador de C1 es un microorganismo modificado de manera genética recombinante que comprende una ruta del metabolismo de la arginina; y además en donde el microorganismo fijador de C1 es Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii o Clostridium ragsdalei.A method of culturing a C1-fixing microorganism, comprising flowing a gaseous substrate comprising one or more of CO, CO2 and H2 into a bioreactor containing a culture of a C1-fixing microorganism in a liquid nutrient medium; where arginine is provided to the crop as the sole source of nitrogen; further, wherein the C1-binding microorganism is a recombinant genetically modified microorganism comprising an arginine metabolism pathway; and further wherein the C1-binding microorganism is Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Arginina como única fuente de nitrógeno para microorganismos fijadores de C1Arginine as sole nitrogen source for C1-fixing microorganisms

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE. UU. n.° 62/262.886 (presentada el 3 de diciembre de 2015) y 62/262.888 (presentada el 3 de diciembre de 2015).The present application claims the benefit of US Provisional Patent Application Nos. 62/262,886 (filed December 3, 2015) and 62/262,888 (filed December 3, 2015).

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En la actualidad, aproximadamente el 10 % de la demanda mundial de energía y productos químicos básicos se produce a partir de materias primas renovables, principalmente con azúcares cultivados. Sin embargo, cada vez se presta más atención al uso futuro de los recursos no alimentarios para cumplir los objetivos climáticos. La fermentación de gas ofrece una vía para utilizar una amplia gama de materias primas C1 fácilmente disponibles y de bajo coste tales como gases residuales industriales, gas de síntesis o metano reformado en productos químicos y combustibles. Se cree que la ruta de Wood Ljungdahl, una de las primeras rutas bioquímicas que surgieron en la Tierra, permite que los Clostridia acetogénicos fijen estos gases C1 en acetil-CoA. Clostridium autoethanogenum, en particular, ofrece una plataforma sólida y flexible para la fermentación de gases y se ha implementado a escala industrial. La fermentación de gas mediante C. autoethanogenum es muy selectiva, tolera contaminantes, resuelve la refractividad de los procesos de Fischer-Tropsch y es económicamente viable incluso cuando se suministra con corrientes de gas de pequeño volumen.Currently, about 10% of the world's demand for energy and basic chemicals is produced from renewable feedstocks, mainly cultivated sugars. However, increasing attention is being paid to the future use of non-food resources to meet climate goals. Gas fermentation offers a way to use a wide range of low cost and readily available C1 feedstocks such as industrial waste gases, syngas or reformed methane in chemicals and fuels. The Wood Ljungdahl pathway, one of the earliest biochemical pathways to emerge on Earth, is believed to allow acetogenic Clostridia to fix these C1 gases into acetyl-CoA. Clostridium autoethanogenum, in particular, offers a robust and flexible platform for gas fermentation and has been implemented on an industrial scale. Gas fermentation by C. autoethanogenum is highly selective, tolerates contaminants, resolves the refractivity of Fischer-Tropsch processes, and is economically viable even when supplied with small volume gas streams.

Se sabe que, si bien los acetógenos son capaces de producir muchos productos químicos de cadena corta útiles, la producción de moléculas de carbono de cadena más larga para su uso en biodiesel o combustibles para aviones está fuera de la capacidad metabólica de las bacterias acetogénicas por sí mismas, debido a la limitación de ATP. Fast et al., determinaron que, si bien la ruta de Wood Ljungdahl era la ruta de mejor rendimiento para la producción de acetato y etanol, la fermentación de butanol es un proceso limitado por ATP, haciendo que la producción anaeróbica de butanol a partir de la ruta de Wood Ljungdahl sea ineficaz.It is known that while acetogenics are capable of producing many useful short-chain chemicals, the production of longer-chain carbon molecules for use in biodiesel or jet fuels is beyond the metabolic capacity of acetogenic bacteria by themselves, due to the limitation of ATP. Fast et al. determined that while the Wood Ljungdahl pathway was the best-yielding pathway for acetate and ethanol production, butanol fermentation is an ATP-limited process, making the anaerobic production of butanol from Wood Ljungdahl's route is ineffective.

C. autoethanogenum produce acetato, etanol, 2,3-butanodiol (2,3-BDO) y lactato de forma natural. Si se pueden superar los impedimentos energéticos, la biología sintética promete mejorar el espectro de productos de C. autoethanogenum. Las bacterias acetogénicas están muy extendidas en la naturaleza y juegan un papel importante en el ciclo global del carbono, pero se consideran que viven en el límite termodinámico de la vida. C. autoethanogenum naturally produces acetate, ethanol, 2,3-butanediol (2,3-BDO), and lactate. If energetic impediments can be overcome, synthetic biology holds promise for improving the product spectrum of C. autoethanogenum. Acetogenic bacteria are widespread in nature and play an important role in the global carbon cycle, but are considered to live at the thermodynamic limit of life.

La energía de la ruta de Wood-Ljungdahl de los acetógenos anaerobios apenas está surgiendo, pero a diferencia de las condiciones de crecimiento aerobio o la glucólisis de los organismos fermentadores de azúcares, en la ruta de Wood-Ljungdahl no se gana ATP mediante fosforilación a nivel de sustrato, de hecho, la activación de CO2 a formiato en realidad requiere una molécula de ATP y se requiere un gradiente de membrana [Documento WO 2013/180584].The energy of the Wood-Ljungdahl pathway of anaerobic acetogens is just emerging, but unlike aerobic growth conditions or glycolysis of sugar-fermenting organisms, in the Wood-Ljungdahl pathway ATP is not gained by phosphorylation at substrate level, in fact, the activation of CO2 to formate actually requires an ATP molecule and a membrane gradient is required [WO 2013/180584].

La generación de ATP a través de la fosforilación a nivel de sustrato se puede utilizar como fuerza impulsora para la síntesis de productos, especialmente en sistemas limitados por ATP. En particular, se sabe que las bacterias acetogénicas viven en el límite termodinámico de la vida (Schuchmann, Nat Rev Microbiol, 12: 809-821, 2014). De este modo, se ha descrito que todos los microorganismos acetogénicos aislados hasta la fecha producen acetato (Drake, Acetogenic Prokaryotes, en: The Prokaryotes, 3.a edición, páginas 354-420, Nueva York, NY, Springer, 2006; Liew et al., Insights into CO2 Fixation Pathway of Clostridium autoethanogenum by Targeted Mutagenesis. mBio, 2016, 7: e00427-16) ya que la producción de acetato proporciona al microorganismo una opción para generar directamente ATP a partir de la fosforilación a nivel de sustrato a través de Pta (fosfotransacetilasa) (Ec 2.3.1.8) y Ack (acetato cinasa) (EC 2.7.2.1). El sistema Pta-Ack es muy específico para la conversión de acetil-CoA en acetato y no utiliza otros acil-CoA. Aunque mecanismos como los gradientes de membrana y las enzimas de bifurcación de electrones acoplados a sistemas de translocación de iones o protones, por ejemplo, el complejo Rnf (Schuchmann, Nat Rev Microbiol, 12: 809-821, 2014), conservan ATP en estos microorganismos, la generación directa de ATP sigue siendo fundamental para su supervivencia. Como resultado, cuando se introducen rutas heterólogas que no permiten la generación de ATP, se produce acetato como subproducto (Schiel-Bengelsdorf, FEBS Lett, 586: 2191­ 2198, 2012).ATP generation through substrate-level phosphorylation can be used as a driving force for product synthesis, especially in ATP-limited systems. In particular, acetogenic bacteria are known to live at the thermodynamic limit of life (Schuchmann, Nat Rev Microbiol, 12: 809-821, 2014). Thus, all acetogenic microorganisms isolated to date have been reported to produce acetate (Drake, Acetogenic Prokaryotes, in: The Prokaryotes, 3rd edition, pages 354-420, New York, NY, Springer, 2006; Liew et al . al., Insights into CO2 Fixation Pathway of Clostridium autoethanogenum by Targeted Mutagenesis. mBio, 2016, 7: e00427-16) as acetate production provides the microorganism with an option to directly generate ATP from substrate-level phosphorylation via via Pta (phosphotransacetylase) (Ec 2.3.1.8) and Ack (acetate kinase) (EC 2.7.2.1). The Pta-Ack system is highly specific for the conversion of acetyl-CoA to acetate and does not use other acyl-CoAs. Although mechanisms such as membrane gradients and electron bifurcation enzymes coupled to ion or proton translocation systems, for example the Rnf complex (Schuchmann, Nat Rev Microbiol, 12: 809-821, 2014), conserve ATP in these microorganisms, the direct generation of ATP remains essential for their survival. As a result, when heterologous pathways are introduced that do not allow ATP generation, acetate is produced as a byproduct (Schiel-Bengelsdorf, FEBS Lett, 586: 2191 2198, 2012).

Sumario de la invenciónSummary of the invention

La invención proporciona un método para cultivar un microorganismo fijador de C1, que comprende, hacer fluir un sustrato gaseoso que comprende uno o más de CO, CO2 y H2 a un biorreactor que contiene un cultivo de un microorganismo fijador de C1 en un medio nutritivo líquido; en donde se proporciona arginina al cultivo como única fuente de nitrógeno; además, en donde el microorganismo fijador de C1 es un microorganismo modificado de manera genética recombinante que comprende una ruta del metabolismo de la arginina; y además en donde el microorganismo fijador de C1 es Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii o Clostridium ragsdalei. El colulrue puede fermentarse para producir al menos un producto. Se puede proporcionar arginina al cultivo en exceso de los requisitos para la síntesis de biomasa. The invention provides a method for culturing a C1-fixing microorganism, comprising, flowing a gaseous substrate comprising one or more of CO, CO2 and H2 into a bioreactor containing a culture of a C1-fixing microorganism in a liquid nutrient medium. ; where arginine is provided to the crop as the sole source of nitrogen; further, wherein the C1-binding microorganism is a recombinant genetically modified microorganism comprising an arginine metabolism pathway; and further wherein the C1-binding microorganism is Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii or Clostridium ragsdalei. The colulrue can be fermented to produce at least one product. Arginine can be provided to the crop in excess of the requirements for biomass synthesis.

También se divulga un método para aumentar la producción de al menos un producto intensivo en ATP, comprendiendo el método; hacer fluir un sustrato gaseoso que contiene C1 a un biorreactor que contiene un cultivo de uno o más microorganismos fijadores de C1 en un medio nutritivo líquido; y fermentar el cultivo para producir al menos un producto. Se puede proporcionar arginina al cultivo en exceso de los requisitos para la síntesis de biomasa y el microorganismo fijador de C1 puede comprender una ruta del metabolismo de la arginina.Also disclosed is a method of increasing the production of at least one ATP-intensive product, the method comprising; flowing a gaseous substrate containing C1 into a bioreactor containing a culture of one or more C1-fixing microorganisms in a liquid nutrient medium; and fermenting the culture to produce at least one product. Arginine may be provided to the culture in excess of the requirements for biomass synthesis and the C1-fixing microorganism may comprise a pathway of arginine metabolism.

En realizaciones particulares, la ruta del metabolismo de la arginina comprende al menos una ruta de la arginina desiminasa y/o una ruta de la arginina descarboxilasa. La ruta de la arginina desiminasa comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y una carbamato cinasa (EC 2.7.2.2). La ruta de la arginina descarboxilasa comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en arginina descarboxilasa (EC 4.1.1.19), posible agmatina desiminasa (EC 3.5.3.12), putrescina carbamoiltransferasa (EC 2.1.3.6) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2).In particular embodiments, the arginine metabolism pathway comprises at least one arginine deiminase pathway and/or one arginine decarboxylase pathway. The arginine deiminase pathway comprises one or more enzymes selected from the group consisting of arginine deiminase (EC 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3), and a carbamate kinase (EC 2.7.2.2). The arginine decarboxylase pathway comprises one or more enzymes selected from the group consisting of arginine decarboxylase (EC 4.1.1.19), possible agmatine deiminase (EC 3.5.3.12), putrescine carbamoyltransferase (EC 2.1.3.6), and carbamate kinase (EC 2.7). .2.2).

En general, la cantidad de arginina proporcionada al cultivo de microorganismos fijadores de C1 supera el requisito para la síntesis de biomasa. Se puede proporcionar arginina al cultivo desde aproximadamente el requisito celular hasta aproximadamente 1000 veces por encima de los requisitos celulares. La arginina se puede aportar al cultivo de 2 a 1000 o de 2 a 800 o de 2 a 500 o de 2 a 100 o de 2 a 50 o de 2 a 10 o de 50 a 1000, o de 50 a 800 o de 50 a 600 o de 50 a 500 o de 50 a 300 o de 50 a 200 o de 50 a 100 o de 100 a 1000 o de 100 a 800 o de 100 a 600 o de 100 a 500 o de 100 a 300 o de 100 a 200 veces el requisito celular.In general, the amount of arginine provided to the culture of C1-fixing microorganisms exceeds the requirement for biomass synthesis. Arginine can be provided to the culture from about the cellular requirement to about 1000 times above the cellular requirement. Arginine can be added to the crop from 2 to 1000 or from 2 to 800 or from 2 to 500 or from 2 to 100 or from 2 to 50 or from 2 to 10 or from 50 to 1000 or from 50 to 800 or from 50 to 600 or from 50 to 500 or from 50 to 300 or from 50 to 200 or from 50 to 100 or from 100 to 1000 or from 100 to 800 or from 100 to 600 or from 100 to 500 or from 100 to 300 or from 100 to 200 times the cell requirement.

Se puede proporcionar arginina al cultivo, tal que la concentración de arginina se mantenga en una cantidad de al menos 20 mg/l o al menos 100 mg/l o al menos 300 mg/l o al menos 500 mg/l o al menos 1 g/l o al menos 2 g/l o al menos 3 g/l o al menos 4 g/l o al menos 5 g/l o al menos 10 g/l o al menos 20 g/l. La concentración de arginina se puede mantener entre 20 mg/l y aproximadamente 20 g/l o entre 100 mg/l y 20 g/l o entre 500 mg/l y 20 g/l o entre 500 mg/l y 10 g/l o entre 1 g/l y 10 g/l o entre 5 g/l y 10 g/l o entre 5 g/l y 20 g/l. Se puede proporcionar arginina al cultivo de manera que el consumo de arginina por parte del cultivo sea de al menos 20 mg de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 100 mg de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 1 gramo de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 5 gramos de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 10 gramos de arginina por gramo de peso celular seco. Se puede proporcionar arginina al cultivo de manera que el consumo de arginina por el cultivo esté entre 20 mg y 20 gramos por gramo de peso celular seco o entre 100 mg y 20 gramos por gramo de peso celular seco o entre 1 gramo y 10 gramos por gramo de peso celular seco.Arginine can be provided to the culture, such that the arginine concentration is maintained in an amount of at least 20 mg/l or at least 100 mg/l or at least 300 mg/l or at least 500 mg/l or at least 1 g/l or at at least 2 g/l or at least 3 g/l or at least 4 g/l or at least 5 g/l or at least 10 g/l or at least 20 g/l. The arginine concentration can be maintained between 20 mg/l and approximately 20 g/l or between 100 mg/l and 20 g/l or between 500 mg/l and 20 g/l or between 500 mg/l and 10 g/l or between 1 g/l and 10 g/l or between 5 g/l and 10 g/l or between 5 g/l and 20 g/l. Arginine can be provided to the culture such that the consumption of arginine by the culture is at least 20 mg arginine per gram dry cell weight or at least 100 mg arginine per gram dry cell weight or at least 1 gram arginine. arginine per gram of dry cell weight or at least 5 grams of arginine per gram of dry cell weight or at least 10 grams of arginine per gram of dry cell weight. Arginine can be provided to the culture such that the consumption of arginine by the culture is between 20 mg and 20 grams per gram of dry cell weight or between 100 mg and 20 grams per gram of dry cell weight or between 1 gram and 10 grams per gram dry cell weight.

El cultivo puede consumir al menos 0,012 g de arginina para producir 1 g de biomasa. El requisito celular de arginina para la síntesis de biomasa puede estar entre 0,012 g por gramo de biomasa y aproximadamente 24 g por gramo de biomasa. El requisito de arginina para la síntesis de biomasa puede ser de al menos 0,012 g por gramo de biomasa o al menos 0,024 g por gramo de biomasa, a aproximadamente 0,048 g por gramo de biomasa o al menos 0,120 g por gramo de biomasa o al menos 0,24 g por gramo de biomasa o al menos 0,48 g por gramo de biomasa o al menos 1,2 g por gramo de biomasa o al menos 2,4 g por gramo biomasa o al menos 4,8 g por gramo de biomasa o al menos 12 g por gramo de biomasa.The culture can consume at least 0.012 g of arginine to produce 1 g of biomass. The cellular requirement of arginine for biomass synthesis can be between 0.012 g per gram of biomass and about 24 g per gram of biomass. The arginine requirement for biomass synthesis can be from at least 0.012 g per gram of biomass or at least 0.024 g per gram of biomass, to about 0.048 g per gram of biomass or at least 0.120 g per gram of biomass or at least 0.24 g per gram of biomass or at least 0.48 g per gram of biomass or at least 1.2 g per gram of biomass or at least 2.4 g per gram of biomass or at least 4.8 g per gram of biomass or at least 12 g per gram of biomass.

En general, la arginina se proporciona al cultivo del microorganismo fijador de C1 como componente del medio nutritivo líquido que se alimenta de manera continua al biorreactor. La arginina se puede proporcionar al biorreactor de manera independiente del medio nutritivo líquido (por ejemplo, mediante dosificación o alimentación continua). El tiempo de duplicación del cultivo se puede aumentar en al menos un 10 % o al menos un 20 % o al menos un 30 % o al menos un 40 % o al menos un 50 % o al menos un 60 % o al menos un 70 % cuando se proporciona arginina al cultivo en exceso de los requisitos celulares del microorganismo, en comparación con un cultivo donde no se proporciona arginina en exceso de los requisitos celulares del cultivo.In general, arginine is provided to the C1-fixing microorganism culture as a component of the liquid nutrient medium that is continuously fed to the bioreactor. The arginine can be supplied to the bioreactor independently of the liquid nutrient medium (for example, by metering or continuous feeding). Culture doubling time can be increased by at least 10% or at least 20% or at least 30% or at least 40% or at least 50% or at least 60% or at least 70 % when arginine is provided to the culture in excess of the cellular requirements of the microorganism, compared to a culture where arginine is not provided in excess of the cellular requirements of the culture.

En realizaciones particulares, el microorganismo fijador de C1 comprende al menos una ruta de arginina desiminasa o una ruta de arginina descarboxilasa.In particular embodiments, the C1-binding microorganism comprises at least one arginine deiminase pathway or one arginine decarboxylase pathway.

El microorganismo fijador de C1 puede ser un microorganismo carboxidotrófico acetogénico. Los ejemplos de microorganismos fijadores de C1 adecuados incluyen Clostridium, Moorella, Oxobacter, Peptostreptococcus, Acetobacterium, Eubacterium, o Butyribacterium. El microorganismo se puede seleccionar del grupo que comprende Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium coskatii, Butyribacterium methylotrophicum, Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchi, Blautia producta, Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, Oxobacter pfennigii y Thermoanaerobacter kiuvi. The C1-binding microorganism may be an acetogenic carboxydotrophic microorganism. Examples of suitable C1-fixing microorganisms include Clostridium, Moorella, Oxobacter, Peptostreptococcus, Acetobacterium, Eubacterium, or Butyribacterium. The microorganism may be selected from the group comprising Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium carboxidivorans, Clostridium drakei, Clostridium scatologenes, Clostridium aceticum, Clostridium formicoaceticum, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium coskatii, Butyribacterium methylkalotrophicum, Alecchitobacterium woodaculutii, , Eubacterium limosum, Moorella thermoacetica, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, Oxobacter pfennigii and Thermoanaerobacter kiuvi.

En realizaciones particulares, el microorganismo fijador de C1 es Clostridium autoethanogenum o Clostridium ljungdahlii. En una realización particular, el microorganismo es Clostridium autoethanogenum. La bacteria puede tener las características de identificación de los números de registro DSM10061, DSM19630 o DSM23693. Estas bacterias se han depositado en el German Resource Centre for Biological Material (DSMZ) cuya dirección es DSMZ GmbH InhoffenstraBe, 7 B, D-38124.In particular embodiments, the C1-fixing microorganism is Clostridium autoethanogenum or Clostridium ljungdahlii. In a particular embodiment, the microorganism is Clostridium autoethanogenum. The bacterium may have identification characteristics of registration numbers DSM10061, DSM19630, or DSM23693. These bacteria have been deposited at the German Resource Center for Biological Material (DSMZ) whose address is DSMZ GmbH InhoffenstraBe, 7 B, D-38124.

En determinadas realizaciones, el microorganismo fijador de C1 se selecciona del grupo que consiste en Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii y Clostridium ragsdalei. In certain embodiments, the C1-binding microorganism is selected from the group consisting of Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, and Clostridium ragsdalei.

El al menos un producto puede ser cualquier producto elaborado por microorganismos fijadores de C1 naturales o recombinantes. El al menos un producto puede seleccionarse del grupo que consiste en etanol, 2,3-butanodiol, 1,3-butanodiol, lactato, succinato, metil etil cetona (MEK), butirato, 2-butanol, 1,2-propanodiol (1,2-PDO), 1-propanol, isopropanol (IPA), acetoína, iso-butanol, isopreno, farneseno, bisaboleno, pineno, limoneno, acetona, 3-hidroxibutirato, ácido 2-hidroxiisobutírico (2-HIBA), citramalato, butadieno, ácido poliláctico, 1-butanol, 3-hidroxipropionato (3-HP), benzoato, ésteres etílicos de ácidos grasos, ácidos grasos e isobutileno.The at least one product can be any product made by natural or recombinant C1-fixing microorganisms. The at least one product can be selected from the group consisting of ethanol, 2,3-butanediol, 1,3-butanediol, lactate, succinate, methyl ethyl ketone (MEK), butyrate, 2-butanol, 1,2-propanediol (1 ,2-PDO), 1-Propanol, Isopropanol (IPA), Acetoin, Iso-Butanol, Isoprene, Farnesene, Bisabolene, Pinene, Limonene, Acetone, 3-Hydroxybutyrate, 2-Hydroxyisobutyric Acid (2-HIBA), Citramalate, Butadiene , polylactic acid, 1-butanol, 3-hydroxypropionate (3-HP), benzoate, fatty acid ethyl esters, fatty acids and isobutylene.

La concentración de arginina proporcionada al cultivo puede aumentarse para aumentar la producción de al menos un producto intensivo en ATP. En general, la tasa de producción del al menos un producto intensivo en ATP es al menos 1,5 veces mayor que la tasa de producción del al menos un producto intensivo en ATP cuando no se proporciona arginina en exceso para los requisitos celulares del cultivo. La tasa de producción del al menos un producto intensivo en ATP puede ser al menos 2 veces mayor o al menos 3 veces mayor o al menos 4 veces mayor o al menos 5 veces mayor o al menos 10 veces mayor.The concentration of arginine provided to the culture can be increased to increase the production of at least one ATP-intensive product. In general, the rate of production of the at least one ATP-intensive product is at least 1.5-fold greater than the rate of production of the at least one ATP-intensive product when excess arginine is not provided for the cellular requirements of the culture. The production rate of the at least one ATP-intensive product may be at least 2-fold higher or at least 3-fold higher or at least 4-fold higher or at least 5-fold higher or at least 10-fold higher.

Los productos intensivos de ATP se definen generalmente como productos que tienen un requisito directo de ATP en la ruta metabólica. Los ejemplos de productos intensivos de ATP (productos que requieren directamente ATP para la síntesis que tienen una reacción dependiente de ATP en la ruta) incluyen, pero sin limitación, productos procedentes de la ruta de los terpenoides/mevalonato, que incluyen isopreno, farneseno, bisaboleno y limoneno, productos procedentes de la ruta de los ácidos grasos, que incluyen ácidos grasos, ésteres etílicos de ácidos grasos o moléculas tales como 3-hidroxipropionato (3-HP) o isobutileno.ATP intensive products are generally defined as products that have a direct requirement for ATP in the metabolic pathway. Examples of ATP-intensive products (products that directly require ATP for synthesis that have an ATP-dependent reaction pathway) include, but are not limited to, products from the terpenoid/mevalonate pathway, including isoprene, farnesene, bisabolene and limonene, products from the fatty acid pathway, including fatty acids, fatty acid ethyl esters, or molecules such as 3-hydroxypropionate (3-HP) or isobutylene.

La concentración de arginina proporcionada al cultivo puede aumentarse para aumentar la producción de al menos un producto seleccionado de un grupo de productos que no requieren directamente ATP pero que tampoco producen la misma cantidad de ATP por acetil-CoA que el formación de acetato. La concentración de arginina proporcionada al cultivo puede aumentarse para aumentar la producción de al menos un producto seleccionado del grupo que consiste en acetona, IPA, 3-HB, 2-HIBA, 1,3-BDO, 2,3-BDO, lactato, 1,2-PDO, 1-propanol, iso-butanol, butirato, butanol, citramalato, succinato y MEK.The concentration of arginine provided to the culture can be increased to increase the production of at least one product selected from a group of products that do not directly require ATP but also do not produce the same amount of ATP per acetyl-CoA as the acetate formation. The concentration of arginine provided to the culture can be increased to increase the production of at least one product selected from the group consisting of acetone, IPA, 3-HB, 2-HIBA, 1,3-BDO, 2,3-BDO, lactate, 1,2-PDO, 1-propanol, iso-butanol, butyrate, butanol, citramalate, succinate and MEK.

El cultivo puede producir una cantidad reducida de acetato en comparación con un cultivo donde no se proporciona arginina en exceso para los requisitos celulares. El cultivo puede producir al menos un 10 % menos de acetato o al menos un 20 % menos de acetato o al menos un 30 % menos de acetato o al menos un 40 % menos de acetato o al menos un 50 % menos de acetato o al menos un 60 % menos de acetato o al menos un 80 % menos de acetato. Puede no producirse acetato neto, menos de 1 g/l de acetato, menos de 0,5 g/l de acetato, menos de 0,1 g/l de acetato, menos de 0,05 g/l de acetato o menos de 0,01 g/l de acetato.The culture may produce a reduced amount of acetate compared to a culture where excess arginine is not provided for cellular requirements. The culture can produce at least 10% less acetate or at least 20% less acetate or at least 30% less acetate or at least 40% less acetate or at least 50% less acetate or at least least 60% less acetate or at least 80% less acetate. No net acetate may be produced, less than 1 g/l acetate, less than 0.5 g/l acetate, less than 0.1 g/l acetate, less than 0.05 g/l acetate, or less than 0.01 g/l acetate.

Se divulga un método para mejorar la eficacia de una fermentación, comprendiendo el método proporcionar al cultivo uno o más sustratos gaseosos y arginina, y fermentar el cultivo de manera que el cultivo utilice argina y el uno o más sustratos gaseosos. El sustrato gaseoso se selecciona del grupo que consiste en CO, H2 y CO2. La arginina y el sustrato gaseoso pueden ser absorbidos por el cultivo en una proporción de al menos 2:1 o al menos 1:1 o al menos 1:2.A method for improving the efficiency of a fermentation is disclosed, the method comprising providing the culture with one or more gaseous substrates and arginine, and fermenting the culture such that the culture utilizes argin and the one or more gaseous substrates. The gaseous substrate is selected from the group consisting of CO, H2 and CO2. The arginine and the gaseous substrate can be taken up by the culture in a ratio of at least 2:1 or at least 1:1 or at least 1:2.

También se divulga un método para mejorar la viabilidad de un proceso de fermentación, comprendiendo el método hacer fluir un sustrato gaseoso que contiene C1 en un biorreactor que contiene un cultivo de al menos una bacteria fijadora de C1 que comprende al menos una ruta de arginina desiminasa o una ruta de arginina descarboxilasa en un medio nutritivo líquido; y fermentar el cultivo para producir al menos un producto. Se puede proporcionar arginina al cultivo en exceso de los requisitos celulares del cultivo. En determinadas realizaciones, la arginina proporcionada al cultivo se cataboliza mediante la ruta de la arginina desiminasa para producir amonio, que se utiliza por el cultivo como fuente de nitrógeno.Also disclosed is a method for improving the viability of a fermentation process, the method comprising flowing a C1-containing gaseous substrate into a bioreactor containing a culture of at least one C1-fixing bacterium comprising at least one arginine deiminase pathway or an arginine decarboxylase pathway in a liquid nutrient medium; and fermenting the culture to produce at least one product. Arginine can be provided to the culture in excess of the cellular requirements of the culture. In certain embodiments, the arginine provided to the crop is catabolized by the arginine deiminase pathway to produce ammonium, which is used by the crop as a nitrogen source.

Se divulga un método de crecimiento de una bacteria fijadora de C1 con arginina como única fuente de nitrógeno. Puede proporcionarse arginina al cultivo y no proporcionarse de manera extrínseca amonio al cultivo.A method of growing a C1-fixing bacterium with arginine as the sole nitrogen source is disclosed. Arginine may be provided to the culture and ammonium may not be provided extrinsically to the culture.

La bacteria fijadora de C1 puede seleccionarse del grupo que consiste en Clostridium, Moorella, Eubacterium, Oxobacter, Sporomusa y Thermoanaerobacter. La bacteria puede seleccionarse del grupo que consiste en Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia product, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostridium ragsdalei, Clostridium scatologenes, Eubacterium limosum, Moorella thermautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, Thermoanaerobacter kiuvi. En realizaciones preferidas, la bacteria se selecciona del grupo que consiste en Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii y Clostridium ragsdalei. The C1-fixing bacterium may be selected from the group consisting of Clostridium, Moorella, Eubacterium, Oxobacter, Sporomusa and Thermoanaerobacter. The bacterium may be selected from the group consisting of Acetobacterium woodii, Alkalibaculum bacchii, Blautia product, Butyribacterium methylotrophicum, Clostridium aceticum, Clostridium autoethanogenum, Clostridium carboxidivorans, Clostridium coskatii, Clostridium drakei, Clostridium formicoaceticum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium magnum, Clostricalo ragsdale , Eubacterium limosum, Moorella thermaautotrophica, Moorella thermoacetica, Oxobacter pfennigii, Sporomusa ovata, Sporomusa silvacetica, Sporomusa sphaeroides, Thermoanaerobacter kiuvi. In preferred embodiments, the bacterium is selected from the group consisting of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, and Clostridium ragsdalei.

Se divulga una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una ruta de arginina desiminasa optimizada. La bacteria fijadora de C1 genomanipulada puede comprender una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en: arginina desiminasa (Ec 3.5.3.6), carbamoiltransferasa (ornitina carbamoiltransferasa, putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), en donde cada enzima es una enzima endógena sobreexpresada, una enzima endógena mutada o una enzima exógena. La bacteria fijadora de C1 puede ser una bacteria Clostridium. En realizaciones particulares, la bacteria es Clostridium autoethanogenum. A genome-engineered C1-binding bacterium comprising an optimized arginine deiminase pathway is disclosed. The engineered C1-binding bacterium may comprise one or more enzymes selected from the group consisting of: arginine deiminase (Ec 3.5.3.6), carbamoyltransferase (ornithine carbamoyltransferase, putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3) and carbamate kinase (EC 2.7.2.2 ), where each enzyme is an overexpressed endogenous enzyme, a mutated endogenous enzyme, or an exogenous enzyme. The C1-binding bacterium may be a Clostridium bacterium. In particular embodiments, the bacterium is Clostridium autoethanogenum.

Se divulga una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que ha mejorado el metabolismo celular de la arginina en comparación con un microorganismo precursor, en donde la bacteria fijadora de C1 genomanipulada comprende una o más modificaciones genéticas que interrumpen un transportador de arginina. La modificación genética puede ser una inactivación o un reemplazo del transportador arginina:ornitina (CAETHG 3023-24). La bacteria puede comprender además una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3), una carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), ornitina racemasa ( EC 5.1.1.12), ornitina aminomutasa (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa (EC 1.4.1.12), 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa (EC 2.3.1.B10), en donde cada enzima es una enzima endógena sobreexpresada, una enzima endógena mutada o una enzima exógena.A genome-engineered C1-binding bacterium is disclosed that has improved cellular metabolism of arginine compared to a parent microorganism, wherein the genome-engineered C1-binding bacterium comprises one or more genetic modifications that disrupt an arginine transporter. The genetic modification can be an inactivation or replacement of the arginine:ornithine transporter (CAETHG 3023-24). The bacterium may further comprise one or more enzymes selected from the group consisting of arginine deiminase (EC 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3), a carbamate kinase (EC 2.7.2.2), ornithine racemase ( EC 5.1.1.12), ornithine aminomutase (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase (EC 1.4.1.12), 2-amino-4-oxopentanoate thiolase (EC 2.3.1.B10), where each enzyme is an overexpressed endogenous enzyme, a mutated endogenous enzyme, or an exogenous enzyme.

Se divulga un método para producir al menos un producto a partir de un sustrato, comprendiendo el método cultivar una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en: arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), carbamoiltransferasa (ornitina carbamoiltransferasa, putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), en donde cada enzima es una enzima endógena sobreexpresada, una enzima endógena mutada de una enzima exógena.A method for producing at least one product from a substrate is disclosed, the method comprising culturing a genome-engineered C1-fixing bacterium comprising one or more enzymes selected from the group consisting of: arginine deiminase (EC 3.5.3.6), carbamoyltransferase ( ornithine carbamoyltransferase, putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3) and carbamate kinase (EC 2.7.2.2), where each enzyme is an overexpressed endogenous enzyme, an endogenous enzyme mutated from an exogenous enzyme.

Se divulga un método para mejorar la eficacia de la incorporación de arginina en el metabolismo, comprendiendo el método cultivar una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una o más modificaciones genéticas seleccionadas del grupo que consiste en (i) una mutación interruptora que interrumpe un transportador de arginina; (ii) sobreexpresión de una o más enzimas endógenas seleccionadas del grupo que consiste en arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (putrescina carbamoiltransferasa) (Ec 2.1.3.3), carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), ornitina racemasa ( EC 5.1.1.12), ornitina aminomutasa (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa (EC 1.4.1.12), y 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa (EC 2.3.1.B10); (iii) expresión de una o más enzimas endógenas mutadas seleccionadas del grupo que consiste en arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3), carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), ornitina racemasa (EC 5.1.1.12), ornitina aminomutasa (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa (EC 1.4.1.12) y 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa (EC 2.3.1.B10) y (iv) expresión de una o más enzimas exógenas seleccionadas del grupo que consiste en arginina desiminasa ( Ec 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3), carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), ornitina racemasa (EC 5.1.1.12), ornitina aminomutasa (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa (EC 1.4.1.12) y 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa (EC 2.3.1.B10).A method for improving the efficiency of arginine uptake in metabolism is disclosed, the method comprising culturing a genome-engineered C1-binding bacterium comprising one or more genetic modifications selected from the group consisting of (i) a switch mutation that disrupts a transporter of arginine; (ii) overexpression of one or more endogenous enzymes selected from the group consisting of arginine deiminase (EC 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (putrescine carbamoyltransferase) (Ec 2.1.3.3), carbamate kinase (EC 2.7.2.2), ornithine racemase ( EC 5.1.1.12), ornithine aminomutase (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase (EC 1.4.1.12), and 2-amino-4-oxopentanoate thiolase (EC 2.3.1.B10); (iii) expression of one or more mutated endogenous enzymes selected from the group consisting of arginine deiminase (EC 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (EC 2.1.3.3), carbamate kinase (EC 2.7.2.2), ornithine racemase (EC 5.1.1.12), ornithine aminomutase (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase (EC 1.4.1.12) and 2-amino-4-oxopentanoate thiolase (EC 2.3.1.B10) and (iv) expression of one or more exogenous enzymes selected from the group consisting of arginine deiminase (Ec 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3), carbamate kinase (EC 2.7.2.2), ornithine racemase (EC 5.1.1.12 ), ornithine aminomutase (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase (EC 1.4.1.12), and 2-amino-4-oxopentanoate thiolase (EC 2.3.1.B10).

Se divulga un método para mejorar la eficacia de la utilización conjunta de arginina con uno o más sustratos gaseosos seleccionados del grupo que consiste en CO, H2 y CO2, comprendiendo el método cultivar una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una o más modificaciones genéticas, en donde la una o más modificaciones genéticas se seleccionan del grupo que consiste en (i) la mutación interruptora de elementos reguladores y (ii) el reemplazo de sitios de unión a operadores o promotores naturales con promotores constitutivos o sintéticos. En realizaciones particulares, la mutación interruptora es una inactivación del represor de arginina argR, y el reemplazo es un reemplazo de un promotor del operón de la ruta de la arginina desiminasa con un promotor constitutivo o sintético.A method for enhancing the efficiency of co-utilizing arginine with one or more gaseous substrates selected from the group consisting of CO, H2 and CO2 is disclosed, the method comprising culturing a genome-engineered C1-fixing bacterium comprising one or more genetic modifications, wherein the one or more genetic modifications are selected from the group consisting of (i) switch mutation of regulatory elements and (ii) replacement of operator binding sites or natural promoters with constitutive or synthetic promoters. In particular embodiments, the disruptive mutation is an inactivation of the argR arginine repressor, and the replacement is a replacement of an arginine deiminase pathway operon promoter with a constitutive or synthetic promoter.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

La figura 1 es un gráfico que muestra el crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medio definido de 20 aminoácidos 5 g de fructosa/l.Figure 1 is a graph showing the growth of C. autoethanogenum DSM10061 in 20 amino acid defined medium 5 g fructose/L.

La figura 2 es un gráfico que muestra los datos de consumo y producción de aminoácidos para DSM10061 de C. autoethanogenum creciendo en medio de 20AA. El marcador indica la DO en el momento del muestreo; la medición de cisteína para las dos primeras muestras estaba fuera del intervalo de calibración.Figure 2 is a graph showing amino acid consumption and production data for DSM10061 from C. autoethanogenum growing in 20AA medium. The marker indicates the OD at the time of sampling; the cysteine measurement for the first two samples was outside the calibration range.

La figura 3 es un gráfico que muestra el crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medios de 14AA y 8AA junto con una comparación con el medio de 20AA. Las barras de error representan la desviación típica entre cultivos duplicados. 4* y 2* significan concentraciones de AA 4 veces y 2 veces más elevadas en comparación con el medio de 20AA, respectivamente.Figure 3 is a graph showing the growth of C. autoethanogenum DSM10061 in 14AA and 8AA media along with a comparison to 20AA media. Error bars represent the standard deviation between duplicate cultures. 4* and 2* mean 4-fold and 2-fold higher AA concentrations compared to the 20AA medium, respectively.

La figura 4 es un gráfico que muestra el tiempo de duplicación, tD, para DSM10061 de C. autoethanogenum para medios de 14AA y 8AA en comparación con el medio 20AA. tD, tiempo de duplicación; Las barras de error representan la desviación típica entre cultivos duplicados. 4* y 2* significan concentraciones de AA 4 veces y 2 veces más elevadas en comparación con el medio de 20AA, respectivamente.Figure 4 is a graph showing the doubling time, tD, for C. autoethanogenum DSM10061 for 14AA and 8AA media compared to 20AA media. tD, doubling time; Error bars represent the standard deviation between duplicate cultures. 4* and 2* mean 4-fold and 2-fold higher AA concentrations compared to the 20AA medium, respectively.

La figura 5 es un gráfico que muestra los datos de consumo y producción de aminoácidos de DSM10061 de C. autoethanogenum en medio 4* de 14 AA. 4* significa concentraciones de AA 4 veces más elevadas en comparación con el medio de 20AA. El marcador indica la DO en el momento del muestreo.Figure 5 is a graph showing the amino acid consumption and production data of C. autoethanogenum DSM10061 in 14 AA 4* medium. 4* means 4-fold higher AA concentrations in comparison with the mean of 20AA. The marker indicates the OD at the time of sampling.

La figura 6 es un gráfico que muestra los datos de consumo y producción de aminoácidos de DSM10061 de C. autoethanogenum en medio 2* 8AA. 2* significa concentraciones de AA 2 veces más elevadas en comparación con el medio de 20AA. El marcador indica la DO en el momento del muestreo; la medición de cisteína para la primera muestra estaba fuera del intervalo de calibración.Figure 6 is a graph showing the amino acid consumption and production data of DSM10061 from C. autoethanogenum in 2*8AA medium. 2* means 2-fold higher AA concentrations compared to the 20AA medium. The marker indicates the OD at the time of sampling; the cysteine measurement for the first sample was outside the calibration range.

La figura 7 es un gráfico que muestra los datos de crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medios de 12AA y 4AA. Las barras de error representan la desviación típica entre cultivos duplicados.Figure 7 is a graph showing the growth data of C. autoethanogenum DSM10061 in 12AA and 4AA media. Error bars represent the standard deviation between duplicate cultures.

La figura 8 es un gráfico que muestra los datos de consumo y producción de aminoácidos para DSM10061 de C. autoethanogenum en medio de 12 AA. El marcador indica la DO en el momento del muestreo.Figure 8 is a graph showing amino acid consumption and production data for C. autoethanogenum DSM10061 in 12 AA medium. The marker indicates the OD at the time of sampling.

La figura 9 es un gráfico que muestra los datos de consumo y producción de aminoácidos para DSM10061 de C. autoethanogenum en medio de 4AA. El marcador indica la DO en el momento del muestreo; la unidad pM no es aplicable al máximo de 8,3 min.Figure 9 is a graph showing amino acid consumption and production data for C. autoethanogenum DSM10061 in 4AA medium. The marker indicates the OD at the time of sampling; the pM unit is not applicable to the maximum of 8.3 min.

La figura 10 es un gráfico que muestra los datos de crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medio de 4AA utilizando BugLab. Unidades de error, entrada de datos sin procesar. La tasa de crecimiento específica 0,34 h-1 es tD~2 h. La figura 11 es un gráfico que muestra los datos de crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medios PETC-MES sin YE con 5 g de arginina/l 5 g de fructosa/l.Figure 10 is a graph showing growth data of C. autoethanogenum DSM10061 in 4AA medium using BugLab. Error units, raw data input. The specific growth rate 0.34 h-1 is tD~2 h. Figure 11 is a graph showing the growth data of C. autoethanogenum DSM10061 in PETC-MES media without YE with 5 g arginine/L 5 g fructose/L.

La figura 12 es un gráfico que muestra los datos de producción de acetato para DSM10061 de C. autoethanogenum en medio PETC-MES sin YE con 5 g de arginina/l 5 g de fructosa/l.Figure 12 is a graph showing acetate production data for C. autoethanogenum DSM10061 in PETC-MES medium without YE with 5 g arginine/L 5 g fructose/L.

La figura 13 es un gráfico que muestra los datos de consumo y producción de aminoácidos para DSM10061 de C. autoethanogenum en 5 g de arginina/l 5 g de fructosa/l. El marcador indica la DO en el momento del muestreo; la unidad pM no es aplicable al máximo de 8,3 min.Figure 13 is a graph showing amino acid consumption and production data for C. autoethanogenum DSM10061 at 5 g arginine/l 5 g fructose/l. The marker indicates the OD at the time of sampling; the pM unit is not applicable to the maximum of 8.3 min.

La figura 14 es un gráfico que muestra los datos de crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medio PETC-MES sin YE con 5 g de arginina/l 5 g de fructosa/l utilizando BugLab. Unidades de error, entrada de datos sin procesar. La tasa de crecimiento específica 0,21 h-1 es tD~3 h.Figure 14 is a graph showing the growth data of C. autoethanogenum DSM10061 in PETC-MES medium without YE with 5 g arginine/L 5 g fructose/L using BugLab. Error units, raw data input. The specific growth rate 0.21 h-1 is tD~3 h.

La figura 15 es un gráfico que muestra la diferencia en la curva de crecimiento y los tiempos de duplicación de arginina y extracto de levadura en experimentos de biorreactor con fructosa.Figure 15 is a graph showing the difference in growth curve and doubling times of arginine and yeast extract in fructose bioreactor experiments.

La figura 16 es un gráfico que muestra el crecimiento autótrofo de DSM23693 de C. autoethanogenum con (A) y sin (•) complementos de arginina.Figure 16 is a graph showing autotrophic growth of C. autoethanogenum DSM23693 with (A) and without (•) arginine supplements.

La figura 17 es un gráfico que muestra el crecimiento autótrofo de DSM23693 de C. autoethanogenum con (A) y sin (•) complementos de arginina, así como el crecimiento en arginina solo en ausencia de gas CO/CO2/H2 (□). La figura 18 es un gráfico logarítmico del crecimiento autótrofo de DSM23693 de C. autoethanogenum con (A) y sin (•) complementos de arginina.Figure 17 is a graph showing autotrophic growth of C. autoethanogenum DSM23693 with (A) and without (•) arginine supplements, as well as growth on arginine alone in the absence of CO/CO2/H2 gas (□). Figure 18 is a log graph of autotrophic growth of C. autoethanogenum DSM23693 with (A) and without (•) arginine supplements.

La figura 19 es un gráfico que muestra la producción de acetato durante el crecimiento autótrofo de DSM23693 de C. autoethanogenum con (A) y sin (•) complementos de arginina.Figure 19 is a graph showing acetate production during autotrophic growth of C. autoethanogenum DSM23693 with (A) and without (•) arginine supplements.

La figura 20 es una representación esquemática de la ruta de la arginina desiminasa.Figure 20 is a schematic representation of the arginine deiminase pathway.

La figura 21 es una representación esquemática de la degradación de L-arginina en una ruta de arginina desiminasa.Figure 21 is a schematic representation of L-arginine degradation in an arginine deiminase pathway.

La figura 22A y la figura 22B son gráficos circulares que muestran el flujo de carbono hacia los productos.Figure 22A and Figure 22B are pie charts showing carbon flow to products.

La figura 23 muestra las enzimas necesarias para el consumo de ornitina en Clostridium sticklandii. Figure 23 shows the enzymes required for ornithine uptake in Clostridium sticklandii.

La figura 24 es un gráfico que muestra la distribución de la producción de ATP durante el crecimiento heterótrofo de C. autoethanogenum en medio de 4AA o ARG con fructosa.Figure 24 is a graph showing the distribution of ATP production during heterotrophic growth of C. autoethanogenum in 4AA or ARG medium with fructose.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

Definiciones y antecedentesDefinitions and background

La expresión "en exceso de los requisitos celulares" se refiere a proporcionar un componente al microorganismo que es mayor que la cantidad del componente que necesita el microorganismo para la síntesis de biomasa.The term "in excess of cellular requirements" refers to providing a component to the microorganism that is greater than the amount of the component needed by the microorganism for biomass synthesis.

La expresión "producto intensivo en ATP" se refiere a un metabolito cuya síntesis necesita la entrada de ATP (energía) al menos en una etapa de su ruta de síntesis (por ejemplo, que tiene una reacción dependiente de ATP en la ruta).The term "ATP-intensive product" refers to a metabolite whose synthesis requires the input of ATP (energy) at least in one step of its synthetic pathway (eg, which has an ATP-dependent reaction in the pathway).

La expresión "tasa de crecimiento específica" se refiere a la tasa de crecimiento de la biomasa celular por biomasa celular por hora.The term "specific growth rate" refers to the growth rate of cell biomass per cell biomass per hour.

La expresión "tiempo de duplicación" se refiere al tiempo en horas que tarda en duplicarse la biomasa celular. La expresión "ruta del metabolismo de la arginina" se refiere en general a cualquier ruta implicada en el metabolismo de la arginina. La ruta del metabolismo de la arginina normalmente comprende al menos una ruta de la arginina desiminasa y una ruta de la arginina descarboxilasa.The term "doubling time" refers to the time in hours it takes for cell biomass to double. The term "arginine metabolism pathway" refers generally to any pathway involved in arginine metabolism. The arginine metabolism pathway typically comprises at least one arginine deiminase pathway and one arginine decarboxylase pathway.

La expresión "modificación genética" o "genomanipulado" se refiere en general a la manipulación del genoma o de los ácidos nucleicos de un microorganismo. De igual modo, la expresión "modificado por ingeniería genética" se refiere a un microorganismo que comprende un genoma o ácidos nucleicos manipulados. Los métodos de modificación genética incluyen, por ejemplo, la expresión de genes heterólogos, inserción o eliminación de genes o promotores, mutación de ácidos nucleicos, expresión génica alterada o inactivación, ingeniería enzimática, evolución dirigida, diseño basado en el conocimiento, métodos de mutagénesis aleatoria, reordenación de genes y optimización de codones.The expression "genetic modification" or "genomanipulation" generally refers to the manipulation of the genome or the nucleic acids of a microorganism. Similarly, the term "genetically engineered" refers to a microorganism comprising a manipulated genome or nucleic acids. Genetic modification methods include, for example, heterologous gene expression, gene or promoter insertion or deletion, nucleic acid mutation, altered gene expression or inactivation, enzyme engineering, genetic evolution directed, knowledge-based design, random mutagenesis methods, gene rearrangement and codon optimization.

"Recombinante" indica que un ácido nucleico, proteína o microorganismo es el producto de una modificación genética, genomanipulación o recombinación. En general, el término "recombinante" se refiere a un ácido nucleico, proteína o microorganismo que contiene o está codificado por material genético procedente de múltiples fuentes, tal como dos o más cepas o especies diferentes de microorganismos. Como se utiliza en el presente documento, el término "recombinante" también puede usarse para describir un microorganismo que comprende un ácido nucleico o proteína mutados, incluyendo una forma mutada de un ácido nucleico o proteína endógenos."Recombinant" indicates that a nucleic acid, protein, or microorganism is the product of genetic modification, genome engineering, or recombination. In general, the term "recombinant" refers to a nucleic acid, protein, or microorganism that contains or is encoded by genetic material from multiple sources, such as two or more different strains or species of microorganisms. As used herein, the term "recombinant" may also be used to describe a microorganism that comprises a mutated nucleic acid or protein, including a mutated form of an endogenous nucleic acid or protein.

"Endógeno" se refiere a un ácido nucleico o proteína que está presente o se expresa en el microorganismo de tipo silvestre o precursor del que procede el microorganismo. Por ejemplo, un gen endógeno es un gen que está presente de forma natural en el microorganismo de tipo silvestre o precursor del que procede el microorganismo. La expresión de un gen endógeno puede estar controlada por un elemento regulador exógeno, tal como un promotor exógeno. "Exógeno" se refiere a un ácido nucleico o proteína que no está presente en el microorganismo de tipo silvestre o precursor del que procede el microorganismo. Un gen o enzima exógeno puede proceder de una cepa o especie heteróloga (es decir, diferente) e introducirse o expresarse en el microorganismo. Un gen o enzima exógeno puede crearse de manera artificial o recombinante e introducirse o expresarse en el microorganismo. Los ácidos nucleicos exógenos pueden adaptarse para integrarse en el genoma del microorganismo para permanecer en un estado extracromosómico en el microorganismo, por ejemplo, en un plásmido."Endogenous" refers to a nucleic acid or protein that is present or expressed in the wild-type or precursor microorganism from which the microorganism is derived. For example, an endogenous gene is a gene that is naturally present in the wild-type or precursor microorganism from which the microorganism is derived. Expression of an endogenous gene may be controlled by an exogenous regulatory element, such as an exogenous promoter. "Exogenous" refers to a nucleic acid or protein that is not present in the wild-type or precursor microorganism from which the microorganism is derived. An exogenous gene or enzyme may originate from a heterologous (ie, different) strain or species and be introduced or expressed in the microorganism. An exogenous gene or enzyme may be artificially or recombinantly created and introduced or expressed in the microorganism. Exogenous nucleic acids can be adapted to integrate into the genome of the microorganism to remain in an extrachromosomal state in the microorganism, for example, in a plasmid.

"Actividad enzimática", o simplemente "actividad", se refiere ampliamente a la actividad enzimática, incluyendo, aunque no de forma limitativa, a la actividad de una enzima, la cantidad de una enzima o la disponibilidad de una enzima para catalizar una reacción. Por consiguiente, "aumentar" la actividad enzimática incluye aumentar la actividad de una enzima, aumentar la cantidad de una enzima o aumentar la disponibilidad de una enzima para catalizar una reacción. De manera similar, "disminuir" la actividad enzimática incluye disminuir la actividad de una enzima, disminuir la cantidad de una enzima o disminuir la disponibilidad de una enzima para catalizar una reacción. "Mutado" se refiere a un ácido nucleico o proteína que se ha modificado en el microorganismo en comparación con el microorganismo de tipo silvestre o precursor del que procede el microorganismo. La mutación puede ser una eliminación, inserción o sustitución en un gen que codifica una enzima. La mutación puede ser una eliminación, inserción o sustitución de uno o más aminoácidos en una enzima."Enzyme activity," or simply "activity," refers broadly to enzyme activity, including, but not limited to, the activity of an enzyme, the amount of an enzyme, or the availability of an enzyme to catalyze a reaction. Accordingly, "increasing" enzyme activity includes increasing the activity of an enzyme, increasing the amount of an enzyme, or increasing the availability of an enzyme to catalyze a reaction. Similarly, "decreasing" enzyme activity includes decreasing the activity of an enzyme, decreasing the amount of an enzyme, or decreasing the availability of an enzyme to catalyze a reaction. "Mutated" refers to a nucleic acid or protein that has been modified in the microorganism as compared to the wild-type or precursor microorganism from which the microorganism was derived. The mutation can be a deletion, insertion, or substitution in a gene that encodes an enzyme. The mutation can be a deletion, insertion, or substitution of one or more amino acids in an enzyme.

En particular, una "mutación interruptora" es una mutación que reduce o elimina (es decir, "interrumpe") la expresión o actividad de un gen o enzima. La mutación interruptora puede inactivar parcialmente, inactivar totalmente o eliminar el gen o la enzima. La mutación interruptora puede ser una mutación inactivadora (KO, del inglés "knockout"). La mutación interruptora puede ser cualquier mutación que reduce, previene o bloquea la biosíntesis de un producto generado por una enzima. La mutación interruptora puede incluir, por ejemplo, una mutación en un gen que codifica una enzima, una mutación en un elemento regulador genético implicado en la expresión de un gen que codifica una enzima, la introducción de un ácido nucleico que produce una proteína que reduce o inhibe la actividad de una enzima o la introducción de un ácido nucleico (por ejemplo, ARN antisentido, ARNip, CRISPR) o proteína que inhibe la expresión de una enzima. La mutación interruptora puede introducirse utilizando cualquier método conocido en la materia.In particular, a "switching mutation" is a mutation that reduces or eliminates (ie, "disrupts") the expression or activity of a gene or enzyme. The switch mutation can partially inactivate, totally inactivate, or eliminate the gene or enzyme. The disruptive mutation may be an inactivating (KO) mutation. The disruptive mutation can be any mutation that reduces, prevents, or blocks the biosynthesis of a product generated by an enzyme. Switching mutation may include, for example, a mutation in a gene that encodes an enzyme, a mutation in a genetic regulatory element involved in the expression of a gene that encodes an enzyme, the introduction of a nucleic acid that produces a protein that reduces or inhibits the activity of an enzyme or the introduction of a nucleic acid (eg, antisense RNA, siRNA, CRISPR) or protein that inhibits the expression of an enzyme. The switch mutation can be introduced using any method known in the art.

La introducción de una mutación interruptora da como resultado un microorganismo que no produce ningún producto diana o que no produce de manera sustancial ningún producto diana o que produce una cantidad reducida de producto diana en comparación con el microorganismo precursor del que procede el microorganismo. Por ejemplo, el microorganismo puede no producir ningún producto diana o al menos aproximadamente un 1 %, un 3 %, un 5 %, un 10 %, un 20 %, un 30 %, un 40 %, un 50 %, un 60 %, un 70 %, un 80 %, un 90 % o un 95 % menos de producto diana que el microorganismo precursor. Por ejemplo, el microorganismo puede producir menos de aproximadamente 0,001, 0,01, 0,10, 0,30, 0,50 o 1,0 g/l de producto diana.Introduction of a switch mutation results in a microorganism that does not produce any target product or that produces substantially no target product or that produces a reduced amount of target product compared to the parent microorganism from which the microorganism is derived. For example, the microorganism may not produce any target product or at least about 1%, 3%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60% , 70%, 80%, 90% or 95% less target product than the parent microorganism. For example, the microorganism may produce less than about 0.001, 0.01, 0.10, 0.30, 0.50, or 1.0 g/L of target product.

"Optimización de codones" se refiere a la mutación de un ácido nucleico, tal como un gen, para la traducción optimizada o mejorada del ácido nucleico en una cepa o especie particular. La optimización de codones puede dar como resultado velocidades de traducción más rápidas o una mayor precisión de traducción. Los genes pueden tener codones optimizados para la expresión en Clostridium, en particular Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii o Clostridium ragsdalei. Los genes pueden tener codones optimizados para la expresión en LZ1561 de Clostridium autoethanogenum, que se deposita con el número de registro de DSMZ DSM23693."Codon optimization" refers to the mutation of a nucleic acid, such as a gene, for optimized or enhanced translation of the nucleic acid in a particular strain or species. Codon optimization can result in faster translation speeds or higher translation accuracy. The genes may be codon optimized for expression in Clostridium, in particular Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii or Clostridium ragsdalei. The genes may be codon-optimized for expression in Clostridium autoethanogenum LZ1561, which is deposited under DSMZ accession number DSM23693.

"Sobreexpresado" se refiere a un aumento en la expresión de un ácido nucleico o proteína en el microorganismo en comparación con el microorganismo de tipo silvestre o precursor del que procede el microorganismo. La sobreexpresión puede lograrse por cualquier medio conocido en la materia, incluyendo la modificación del número de copias del gen, la velocidad de transcripción de genes, la velocidad de traducción de genes o la velocidad de degradación enzimática."Overexpressed" refers to an increase in the expression of a nucleic acid or protein in the microorganism as compared to the wild-type or precursor microorganism from which the microorganism is derived. Overexpression can be achieved by any means known in the art, including modifying gene copy number, gene transcription rate, gene translation rate, or enzymatic degradation rate.

El término "variantes" incluye ácidos nucleicos y proteínas cuya secuencia varía de la secuencia de un ácido nucleico y una proteína de referencia, tal como una secuencia de un ácido nucleico y una proteína de referencia divulgados en la técnica anterior o ejemplificados en el presente documento. La invención puede practicarse usando ácidos nucleicos o proteínas variantes que realizan sustancialmente la misma función que el ácido nucleico o la proteína de referencia. Por ejemplo, una proteína variante puede realizar sustancialmente la misma función o catalizar sustancialmente la misma reacción que una proteína de referencia. Un gen variante puede codificar la misma o sustancialmente la misma proteína que un gen de referencia. Un promotor variante puede tener sustancialmente la misma capacidad para promover la expresión de uno o más genes como un promotor de referencia.The term "variants" includes nucleic acids and proteins whose sequence varies from the sequence of an acid reference nucleic acid and protein, such as a sequence of a reference nucleic acid and protein disclosed in the prior art or exemplified herein. The invention can be practiced using variant nucleic acids or proteins that perform substantially the same function as the reference nucleic acid or protein. For example, a variant protein can perform substantially the same function or catalyze substantially the same reaction as a reference protein. A variant gene may encode the same or substantially the same protein as a reference gene. A variant promoter may have substantially the same ability to promote expression of one or more genes as a reference promoter.

Tales ácidos nucleicos o proteínas pueden denominarse en el presente documento "variantes funcionalmente equivalentes". A modo de ejemplo, las variantes funcionalmente equivalentes de un ácido nucleico pueden incluir variantes alélicas, fragmentos de un gen, genes mutados, polimorfismos y similares. Los genes homólogos de otros microorganismos también son ejemplos de variantes funcionalmente equivalentes. Estos incluyen genes homólogos en especies tales como Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, o Clostridium Ijungdahlii, cuyos detalles están disponibles públicamente en sitios web tales como Genbank o NCBI. Las variantes funcionalmente equivalentes también incluyen ácidos nucleicos cuya secuencia varía como resultado de la optimización de codones para un microorganismo particular. Una variante funcionalmente equivalente de un ácido nucleico tendrá preferentemente al menos aproximadamente un 70 %, aproximadamente un 80 %, aproximadamente un 85 %, aproximadamente un 90 %, aproximadamente un 95 %, aproximadamente un 98% o más de identidad de secuencia del ácido nucleico (porcentaje de homología) con el ácido nucleico de referencia. Una variante funcionalmente equivalente de una proteína preferentemente tendrá al menos aproximadamente un 70 %, aproximadamente un 80 %, aproximadamente un 85 %, aproximadamente un 90 %, aproximadamente un 95 %, aproximadamente un 98 % o más de identidad de aminoácidos (porcentaje de homología) con la proteína de referencia. La equivalencia funcional de un ácido nucleico o proteína variantes puede evaluarse usando cualquier método conocido en la materia.Such nucleic acids or proteins may be referred to herein as "functionally equivalent variants." By way of example, functionally equivalent variants of a nucleic acid can include allelic variants, fragments of a gene, mutated genes, polymorphisms, and the like. Homologous genes from other microorganisms are also examples of functionally equivalent variants. These include homologous genes in species such as Clostridium acetobutylicum, Clostridium beijerinckii, or Clostridium Ijungdahlii, details of which are publicly available on websites such as Genbank or NCBI. Functionally equivalent variants also include nucleic acids whose sequence varies as a result of codon optimization for a particular microorganism. A functionally equivalent variant of a nucleic acid will preferably have at least about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 98% or more sequence identity to the nucleic acid. (percent homology) with the reference nucleic acid. A functionally equivalent variant of a protein will preferably have at least about 70%, about 80%, about 85%, about 90%, about 95%, about 98% or more amino acid identity (percent homology). ) with the reference protein. The functional equivalence of a variant nucleic acid or protein can be assessed using any method known in the art.

Los ácidos nucleicos pueden administrarse a un microorganismo usando cualquier método conocido en la materia. Por ejemplo, los ácidos nucleicos pueden administrarse como ácidos nucleicos desnudos o pueden formularse con uno o más agentes, tales como liposomas. Los ácidos nucleicos pueden ser ADN, ARN, ADNc o combinaciones de los mismos, según sea apropiado. Pueden usarse inhibidores de restricción. Los vectores adicionales pueden incluir plásmidos, virus, bacteriófagos, cósmidos y cromosomas artificiales. Los ácidos nucleicos pueden administrarse al microorganismo usando un plásmido. A modo de ejemplo, la transformación (incluyendo transducción o transfección) puede lograrse mediante electroporación, ultrasonido, transformación mediada por polietilenglicol, competencia química o natural, transformación de protoplastos, inducción de profagos o conjugación. Cuando está presente un sistema de enzimas de restricción activo, puede ser necesario metilar un ácido nucleico antes de la introducción del ácido nucleico en un microorganismo.Nucleic acids can be administered to a microorganism using any method known in the art. For example, the nucleic acids can be administered as naked nucleic acids or can be formulated with one or more agents, such as liposomes. Nucleic acids can be DNA, RNA, cDNA, or combinations thereof, as appropriate. Restriction inhibitors can be used. Additional vectors may include plasmids, viruses, bacteriophages, cosmids, and artificial chromosomes. Nucleic acids can be delivered to the microorganism using a plasmid. By way of example, transformation (including transduction or transfection) can be achieved by electroporation, ultrasound, polyethylene glycol-mediated transformation, chemical or natural competition, protoplast transformation, prophage induction, or conjugation. When an active restriction enzyme system is present, it may be necessary to methylate a nucleic acid prior to introduction of the nucleic acid into a microorganism.

Además, los ácidos nucleicos pueden diseñarse para comprender un elemento regulador, tal como un promotor, para aumentar o controlar de otro modo la expresión de un ácido nucleico concreto. El promotor puede ser un promotor constitutivo o un promotor inducible. De manera ideal, el promotor es un promotor de la ruta de Wood-Ljungdahl, un promotor de ferredoxina, un promotor de piruvato:ferredoxina oxidorreductasa, un promotor del operón del complejo Rnf, un promotor del operón de ATP sintasa o un promotor del operón de fosfotransacetilasa/acetato cinasa.In addition, nucleic acids can be designed to comprise a regulatory element, such as a promoter, to enhance or otherwise control expression of a particular nucleic acid. The promoter can be a constitutive promoter or an inducible promoter. Ideally, the promoter is a Wood-Ljungdahl pathway promoter, a ferredoxin promoter, a pyruvate:ferredoxin oxidoreductase promoter, an Rnf complex operon promoter, an ATP synthase operon promoter, or an operon promoter. of phosphotransacetylase/acetate kinase.

Un "microorganismo" es un organismo microscópico, especialmente una bacteria, arqueas, virus u hongos. Normalmente, el microorganismo es una bacteria. Como se utiliza en el presente documento, la referencia a "microorganismo" debe considerarse que abarca "bacteria".A "microorganism" is a microscopic organism, especially a bacterium, archaea, virus, or fungus. Typically, the microorganism is a bacterium. As used herein, reference to "microorganism" should be taken to encompass "bacteria".

Un "microorganismo precursor" es un microorganismo utilizado para generar un microorganismo. El microorganismo precursor puede ser un microorganismo de origen natural (es decir, un microorganismo de tipo silvestre) o un microorganismo que se ha modificado previamente (es decir, un microorganismo mutante o recombinante). El microorganismo puede modificarse para expresar o sobreexpresar una o más enzimas que no se expresaban o sobreexpresaban en el microorganismo precursor. De manera similar, el microorganismo puede modificarse para que contenga uno o más genes que no contenía el microorganismo precursor. El microorganismo también puede modificarse para no expresar o para expresar cantidades menores de una o más enzimas que se expresaban en el microorganismo precursor. En una realización, el microorganismo precursor es Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii o Clostridium ragsdalei. En una realización preferida, el organismo precursor es LZ1561 de Clostridium autoethanogenum, que se depositó el 7 de junio de 2010 en la Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ), situada en Inhoffenstrap 7B, D-38124 Braunschwieg, Alemania, el 7 de junio de junio de 2010 según los términos del Tratado de Budapest y el número de registro asignado DSM23693.A "precursor microorganism" is a microorganism used to generate a microorganism. The parent microorganism may be a naturally occurring microorganism (ie, a wild-type microorganism) or a microorganism that has been previously modified (ie, a mutant or recombinant microorganism). The microorganism can be modified to express or overexpress one or more enzymes that were not expressed or overexpressed in the parent microorganism. Similarly, the microorganism can be modified to contain one or more genes that were not contained in the parent microorganism. The microorganism may also be modified not to express or to express lesser amounts of one or more enzymes than were expressed in the parent microorganism. In one embodiment, the parent microorganism is Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the parent organism is Clostridium autoethanogenum LZ1561, which was deposited on June 7, 2010 at the Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ), located at Inhoffenstrap 7B, D-38124 Braunschwieg, Germany, on June 7. June June 2010 under the terms of the Budapest Treaty and assigned registration number DSM23693.

La expresión "procedente de" indica que un ácido nucleico, proteína o microorganismo se modifica o adapta a partir de un ácido nucleico, proteína o microorganismo (por ejemplo, un precursor o de tipo silvestre) diferente, para producir un nuevo ácido nucleico, proteína o microorganismo. Tales modificaciones o adaptaciones generalmente incluyen inserción, eliminación, mutación o sustitución de ácidos nucleicos o genes. En general, el microorganismo procede de un microorganismo precursor. En una realización, el microorganismo procede de Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii o Clostridium ragsdalei. En una realización preferida, el microorganismo procede de LZ1561 de Clostridium autoethanogenum, que se deposita con el número de registro de DSMZ DSM23693.The term "derived from" indicates that a nucleic acid, protein, or microorganism is modified or adapted from a different nucleic acid, protein, or microorganism (for example, a precursor or wild-type), to produce a new nucleic acid, protein, or protein. or microorganism. Such modifications or adaptations generally include insertion, deletion, mutation, or substitution of nucleic acids or genes. Generally, the microorganism originates from a precursor microorganism. In one embodiment, the microorganism is from Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, or Clostridium ragsdalei. In a preferred embodiment, the microorganism is from Clostridium autoethanogenum LZ1561, which is deposited under DSMZ accession number DSM23693.

El microorganismo puede clasificarse adicionalmente basándose en características funcionales. Por ejemplo, el microorganismo puede ser o proceder de un microorganismo fijador de C1, un anaerobio, un acetógeno, un etanológeno, un carboxidótrofo y/o un metanótrofo. La tabla 1 proporciona una lista representativa de microorganismos e identifica sus características funcionales.The microorganism can be further classified based on functional characteristics. For example, the microorganism may be or be derived from a C1-fixing microorganism, an anaerobe, an acetogen, an ethanologen, a carboxydotroph, and/or a methanotroph. Table 1 provides a representative list of microorganisms and identifies their functional characteristics.

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1 Acetobacterium woodi puede producir etanol a partir de fructosa, pero no a partir de gas.1 Acetobacterium woodi can produce ethanol from fructose, but not from gas.

2 No se ha investigado si Clostridium magnum puede crecer en CO.2 Whether Clostridium magnum can grow in CO has not been investigated.

3 Una cepa de Moorella thermoacetica, HUC22-1 de Moorella sp., se ha indicado que produce etanol a partir de gas.3 A strain of Moorella thermoacetica, Moorella sp. HUC22-1, has been reported to produce ethanol from gas.

4 No se ha investigado si Sporomusa ovata puede crecer en CO.4 Whether Sporomusa ovata can grow in CO has not been investigated.

5 No se ha investigado si Sporomusa silvacetica puede crecer en CO.5 Whether Sporomusa silvacetica can grow in CO has not been investigated.

6 No se ha investigado si Sporomusa sphaeroides puede crecer en CO.6 Whether Sporomusa sphaeroides can grow in CO has not been investigated.

"C1" se refiere a una molécula de un carbono, por ejemplo, CO, CO2, CH4 o CH3OH. "C1-oxigenado" se refiere a una molécula de un carbono que también comprende al menos un átomo de oxígeno, por ejemplo, CO, CO2 o CH3OH. "Fuente de carbono C1" se refiere a una molécula de carbono que sirve como fuente de carbono parcial o única para el microorganismo. Por ejemplo, una fuente de carbono C1 puede comprender uno o más de CO, CO2, CH4, CH3OH o CH2O2. Preferentemente, la fuente de carbono C1 comprende uno o ambos de CO y CO2. Un "microorganismo fijador de C1" es un microorganismo que tiene la capacidad de producir uno o más productos a partir de una fuente de carbono C1. Normalmente, el microorganismo es una bacteria fijadora de C1. El microorganismo puede proceder de un microorganismo fijador de C1 identificado en la tabla 1."C1" refers to a one-carbon molecule, eg, CO, CO2, CH4, or CH3OH. "C1-oxygenated" refers to a one-carbon molecule that also comprises at least one oxygen atom, eg, CO, CO2, or CH3OH. "C1 carbon source" refers to a carbon molecule that serves as a partial or sole carbon source for the microorganism. For example, a C1 carbon source may comprise one or more of CO, CO2, CH4, CH3OH, or CH2O2. Preferably, the C1 carbon source comprises one or both of CO and CO2. A "C1-fixing microorganism" is a microorganism that has the ability to produce one or more products from a C1 carbon source. Typically, the organism is a C1-fixing bacterium. The organism may be derived from a C1-binding organism identified in Table 1.

Un "anaerobio" es un microorganismo que no necesita oxígeno para el crecimiento. Un anaerobio puede reaccionar negativamente o incluso morir si el oxígeno está presente por encima de un determinado umbral. Normalmente, el microorganismo es un anaerobio. El microorganismo puede proceder de un anaerobio identificado en la tabla 1. Un "acetógeno" es una bacteria anaerobia obligada que utiliza la ruta de Wood-Ljungdahl como su mecanismo principal para la conservación de energía y para la síntesis de acetil-CoA y productos derivados de acetil-CoA, tales como acetato (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008). Los acetógenos utilizan la ruta de la acetil-CoA como un (1) mecanismo para la síntesis reductora de acetil-CoA a partir de CO2, (2) proceso terminal de aceptación de electrones y conservación de energía, (3) mecanismo para la fijación (asimilación) de CO2 en la síntesis de carbono celular (Drake, Acetogenic Prokaryotes, en: The Prokaryotes, 3.a edición, pág. 354, Nueva York, NY, 2006). Todos los acetógenos de origen natural son fijadores de C1, anaeróbicos, autótrofos y no metanótrofos. Normalmente, el microorganismo es un acetógeno. El microorganismo puede proceder de un acetógeno identificado en la tabla 1.An "anaerobe" is a microorganism that does not need oxygen for growth. An anaerobe can react negatively or even die if oxygen is present above a certain threshold. Normally, the microorganism is an anaerobe. The microorganism may originate from an anaerobe identified in Table 1. An "acetogen" is an obligate anaerobic bacterium that uses the Wood-Ljungdahl pathway as its main mechanism for energy conservation and for the synthesis of acetyl-CoA and derivative products. of acetyl-CoA, such as acetate (Ragsdale, Biochim Biophys Acta, 1784: 1873-1898, 2008). Acetyl-CoA pathway is used by acetogens as a (1) mechanism for reductive synthesis of acetyl-CoA from CO2, (2) terminal process of electron acceptance and energy conservation, (3) mechanism for fixation (assimilation) of CO2 in cellular carbon synthesis (Drake, Acetogenic Prokaryotes, in: The Prokaryotes, 3rd edition, p. 354, New York, NY, 2006). All naturally occurring acetogens are C1-fixing, anaerobic, autotrophic, and non-methanotrophic. Typically, the microorganism is an acetogen. The microorganism may come from an acetogen identified in Table 1.

Un "etanológeno" es un microorganismo que produce o es capaz de producir etanol. Normalmente, el microorganismo es un etanológeno. El microorganismo puede proceder de un etanológeno identificado en la tabla 1. Un "autótrofo" es un microorganismo capaz de crecer en ausencia de carbono orgánico. En cambio, los autótrofos utilizan fuentes de carbono inorgánico, tal como CO y/o CO2. Normalmente, el microorganismo es un autótrofo. El microorganismo puede proceder de un autótrofo identificado en la tabla 1.An "ethanologen" is a microorganism that produces or is capable of producing ethanol. Typically, the microorganism is an ethanologen. The microorganism may be derived from an ethanologen identified in Table 1. An "autotroph" is a microorganism capable of growth in the absence of organic carbon. Instead, autotrophs use inorganic carbon sources, such as CO and/or CO2. Normally, the microorganism is an autotroph. The microorganism may come from an autotroph identified in Table 1.

Un "carboxidótrofo" es un microorganismo capaz de utilizar CO como única fuente de carbono. Normalmente, el microorganismo es un carboxidótrofo. El microorganismo puede proceder de un carboxidótrofo identificado en la tabla 1.A "carboxydotroph" is a microorganism capable of using CO as its sole carbon source. Normally, the microorganism is a carboxydotroph. The microorganism may come from a carboxydotroph identified in Table 1.

Un "metanótrofo" es un microorganismo capaz de utilizar metano como única fuente de carbono y energía. El microorganismo puede proceder de un metanótrofo.A "methanotroph" is a microorganism capable of using methane as its sole source of carbon and energy. The microorganism may originate from a methanotroph.

De manera más amplia, el microorganismo puede proceder de cualquier género o especie identificada en la tabla 1. En una realización preferida, el microorganismo puede proceder del grupo de Clostridia que comprende las especies Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii y Clostridium ragsdalei. Estas especies fueron informadas y caracterizadas por primera vez por Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994 (Clostridium autoethanogenum), Tanner, Int J System Bacteriol, 43: 232-236, 1993 (Clostridium ljungdahlii) y Huhnke, documento WO 2008/028055 (Clostridium ragsdalei). More broadly, the microorganism may be from any genus or species identified in Table 1. In a preferred embodiment, the microorganism may be from the Clostridia group comprising Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, and Clostridium ragsdalei species. These species were first reported and characterized by Abrini, Arch Microbiol, 161:345-351, 1994 ( Clostridium autoethanogenum), Tanner, Int J System Bacteriol, 43:232-236, 1993 ( Clostridium ljungdahlii) , and Huhnke, WO 2008/028055 ( Clostridium ragsdalei).

Estas tres especies tienen muchas similitudes. En particular, estas especies son todas miembros del género Clostridium fijadoras de C1, anaeróbicas, acetogénicas, etanologénicas y carboxidotróficas. Estas especies tienen genotipos y fenotipos y modos de conservación de energía y metabolismo fermentativo similares. Aún más, estas especies están agrupadas en el grupo I de homología de ARNr de los clostridios con ADN de ARNr 16S que es más del 99 % idéntico, tienen un contenido G+C en el ADN de aproximadamente el 22 al 30 % en moles, son grampositivas, tienen una morfología y un tamaño similares (células en crecimiento logarítmico entre 0,5 a 0,7 * 3 a 5 |jm), son mesofílicas (crecen de manera óptima de 30 a 37 °C), tienen intervalos de pH similares de aproximadamente 4 a 7,5 (con un pH óptimo de aproximadamente 5,5 a 6), carecen de citocromos y conservan energía a través de un complejo de Rnf. También, se ha demostrado la reducción de ácidos carboxílicos en sus correspondientes alcoholes en estas especies (Perez, Biotechnol Bioeng, 110:1066-1077, 2012). Cabe destacar que, estas especies también muestran un fuerte crecimiento autótrofo en gases que contienen CO, producen etanol y acetato (o ácido acético) como principales productos de fermentación y producen pequeñas cantidades de 2,3-butanodiol y ácido láctico en determinadas condiciones.These three species have many similarities. In particular, these species are all C1-fixing, anaerobic, acetogenic, ethanologenic, and carboxydotrophic members of the genus Clostridium . These species have similar genotypes and phenotypes and modes of energy conservation and fermentative metabolism. Furthermore, these species are grouped in clostridial rRNA homology group I with 16S rRNA DNA that is more than 99% identical, have a G+C content in DNA of approximately 22 to 30 mol%, are gram-positive, have similar morphology and size (log-growing cells between 0.5 to 0.7 * 3 to 5 µm), are mesophilic (grow optimally at 30 to 37°C), have pH ranges similar from about 4 to 7.5 (with a pH optimum of about 5.5 to 6), lack cytochromes and conserve energy through an Rnf complex. Also, the reduction of carboxylic acids in their corresponding alcohols has been demonstrated in these species (Perez, Biotechnol Bioeng, 110:1066-1077, 2012). Notably, these species also show strong autotrophic growth in CO-containing gases, produce ethanol and acetate (or acetic acid) as major fermentation products, and produce small amounts of 2,3-butanediol and lactic acid under certain conditions.

Sin embargo, estas tres especies también tienen varias diferencias. Estas especies se aislaron de diferentes fuentes: Clostridium autoethanogenum de tripa de conejo, Clostridium ljungdahlii de los desechos del gallinero y Clostridium ragsdalei de sedimentos de agua dulce. Estas especies difieren en la utilización de diversos azúcares (por ejemplo, ramnosa, arabinosa), ácidos (por ejemplo, gluconato, citrato), aminoácidos (por ejemplo, arginina, histidina) y otros sustratos (por ejemplo, betaína, butanol). Aún más, estas especies difieren en auxotrofía a determinadas vitaminas (por ejemplo, tiamina, biotina). Estas especies tienen diferencias en las secuencias de los ácidos nucleicos y de aminoácidos de los genes y proteínas de la ruta de Wood-Ljungdahl, aunque se ha encontrado que la organización general y el número de estos genes y proteínas es el mismo en todas las especies (Kopke, Curr Opin Biotechnol, 22: 320-325, 2011).However, these three species also have several differences. These species were isolated from different sources: Clostridium autoethanogenum from rabbit gut, Clostridium ljungdahlii from chicken coop waste, and Clostridium ragsdalei from freshwater sediments. These species differ in their utilization of various sugars (eg, rhamnose, arabinose), acids (eg, gluconate, citrate), amino acids (eg, arginine, histidine), and other substrates (eg, betaine, butanol). Furthermore, these species differ in auxotrophy to certain vitamins (eg, thiamin, biotin). These species have differences in the nucleic acid and amino acid sequences of the genes and proteins of the Wood-Ljungdahl pathway, although the general organization and number of these genes and proteins have been found to be the same in all species. (Kopke, Curr Opin Biotechnol, 22: 320-325, 2011).

Por lo tanto, en síntesis, muchas de las características de Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, o Clostridium ragsdalei no son específicas de esa especie, sino que son características generales de este grupo de miembros del género Clostridium fijadores de C1, anaeróbicos, acetogénicos, etanologénicos y carboxidotróficos. Sin embargo, ya que estas especies son, de hecho, distintas, la modificación o manipulación genética de una de estas especies puede no tener un efecto idéntico en otra de estas especies. Por ejemplo, se pueden observar diferencias en el crecimiento, el rendimiento o la producción del producto. Therefore, in summary, many of the characteristics of Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, or Clostridium ragsdalei are not specific to that species, but rather are general characteristics of this group of C1-fixing, anaerobic, acetogenic, ethanologenic Clostridium members. and carboxydotrophic. However, since these species are, in fact, distinct, genetic modification or manipulation of one of these species may not have an identical effect on another of these species. For example, differences in product growth, yield or production may be observed.

El microorganismo de la invención también puede proceder de un aislado o mutante de Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii o Clostridium ragsdalei. Los aislados y mutantes de Clostridium autoethanogenum incluyen JA1-1 (DSM10061) (Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994), LBS1560 (DSM19630) (documento WO 2009/064200) y LZ1561 (DSM23693). Los aislados y mutantes de Clostridium ljungdahlii incluyen ATCC 49587 (Tanner, Int J Syst Bacteriol, 43: 232-236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (documento US 5.593.886), C-01 (ATCC 55988) (documento US 6.368.819), O-52 (ATCC 55989) (documento US 6,368,819) y OTA-1 (Tirado-Acevedo, "Production of bioethanol from synthesis gas using Clostridium ljungdahlii', PhD thesis, North Carolina State University, 2010). Los aislados y mutantes de Clostridium ragsdalei incluyen PI 1 (ATCC BAA-622, ATCC PTA-7826) (documento WO 2008/028055).The microorganism of the invention can also come from an isolate or mutant of Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii or Clostridium ragsdalei. Clostridium autoethanogenum isolates and mutants include JA1-1 (DSM10061) (Abrini, Arch Microbiol, 161: 345-351, 1994), LBS1560 (DSM19630) (WO 2009/064200), and LZ1561 (DSM23693). Isolates and mutants of Clostridium ljungdahlii include ATCC 49587 (Tanner, Int J Syst Bacteriol, 43:232-236, 1993), PETCT (DSM13528, ATCC 55383), ERI-2 (ATCC 55380) (US 5,593,886), C-01 (ATCC 55988) (US 6,368,819), O-52 (ATCC 55989) (US 6,368,819) and OTA-1 (Tirado-Acevedo, "Production of bioethanol from synthesis gas using Clostridium ljungdahlii', PhD thesis , North Carolina State University, 2010) Isolates and mutants of Clostridium ragsdalei include PI 1 (ATCC BAA-622, ATCC PTA-7826) (WO 2008/028055).

"Sustrato" se refiere a una fuente de carbono y/o energía para el microorganismo. Normalmente, el sustrato es gaseoso y comprende una fuente de carbono C1, por ejemplo, CO, CO2 y/o CH4. Preferentemente, el sustrato comprende una fuente de carbono C1 de CO o CO CO2. El sustrato puede comprender además otros componentes no de carbono, tales como H2, N2 o electrones."Substrate" refers to a carbon and/or energy source for the microorganism. Typically, the substrate is gaseous and comprises a C1 carbon source, eg CO, CO2 and/or CH4. Preferably, the substrate comprises a C1 carbon source of CO or COCO2. The substrate may further comprise other non-carbon components, such as H2, N2 or electrons.

El sustrato generalmente comprende al menos alguna cantidad de CO, tal como aproximadamente el 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o 100 % en moles de CO. El sustrato puede comprender un intervalo de CO, tal como aproximadamente el 20 al 80, 30 al 70 o 40 al 60 % en moles de CO. Preferentemente, el sustrato comprende aproximadamente el 40 al 70 % en moles de CO (por ejemplo, gas de acería o de alto horno), aproximadamente el 20 al 30 % en moles de CO (por ejemplo, gas de horno de oxígeno básico) o aproximadamente el 15 al 45 % en moles de CO (por ejemplo, gas de síntesis). El sustrato puede comprender una cantidad relativamente baja de CO, tal como aproximadamente el 1 al 10 o el 1 al 20 % en moles de CO. El microorganismo normalmente convierte al menos una porción del CO del sustrato en un producto. El sustrato puede no comprender nada o sustancialmente nada (<1 % en moles) de CO.The substrate generally comprises at least some amount of CO, such as about 1, 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, or 100 mole % CO. The substrate may comprise a range of CO, such as about 20 to 80, 30 to 70, or 40 to 60 mole % CO. Preferably, the substrate comprises about 40 to 70 mol% CO (eg, steel mill or blast furnace gas), about 20 to 30 mol% CO (eg, basic oxygen furnace gas), or about 15 to 45 mol% CO (eg syngas). The substrate may comprise a relatively low amount of CO, such as about 1 to 10 or 1 to 20 mole % CO. The microorganism normally converts at least a portion of the CO in the substrate to a product. The substrate may comprise no or substantially no (<1 mol%) CO.

El sustrato puede comprender algunas cantidades de H2. Por ejemplo, el sustrato puede comprender aproximadamente el 1, 2, 5, 10, 15, 20 o 30 % en moles de H2. El sustrato puede comprender una cantidad relativamente elevada de H2, tal como aproximadamente un 60, un 70, un 80 o un 90 % en moles de H2. El sustrato puede no comprender nada o sustancialmente nada (<1 % en moles) de H2.The substrate may comprise some amounts of H2. For example, the substrate may comprise about 1, 2, 5, 10, 15, 20 or 30 mole % H2. The substrate may comprise a relatively high amount of H2, such as about 60, 70, 80 or 90 mole % H2. The substrate may comprise no or substantially no (<1 mol%) H2.

El sustrato puede comprender algunas cantidades de CO2. Por ejemplo, el sustrato puede comprender aproximadamente el 1 al 80 o el 1 al 30 % en moles de CO2. El sustrato puede comprender menos de aproximadamente un 20, un 15, un 10 o un 5 % en moles de CO2. El sustrato puede comprender nada o sustancialmente nada (<1 % en moles) de CO2.The substrate may comprise some amounts of CO2. For example, the substrate may comprise about 1 to 80 or 1 to 30 mole % CO2. The substrate may comprise less than about 20, 15, 10 or 5 mole % CO2. The substrate may comprise no or substantially no (<1 mol%) CO2.

Aunque el sustrato es normalmente gaseoso, el sustrato también se puede proporcionar en formas alternativas. Por ejemplo, el sustrato se puede disolver en un líquido saturado con un gas que contiene CO usando un generador de dispersión de microburbujas. A modo de ejemplo adicional, el sustrato puede adsorberse sobre un soporte sólido. El sustrato y/o la fuente de carbono C1 puede ser un gas residual obtenido como subproducto de un proceso industrial o de alguna otra fuente, tal como los de los gases de escape de los automóviles o la gasificación de biomasa. El proceso industrial puede seleccionarse del grupo que consiste en la fabricación de productos de metales ferrosos, tales como la fabricación de una acería, fabricación de productos no ferrosos, procesos de refinamiento de petróleo, gasificación de carbón, producción de energía eléctrica, producción de negro de carbón, producción de amoniaco, producción de metanol y fabricación de coque. En el presente caso, el sustrato y/o la fuente de carbono C1 puede capturarse del proceso industrial antes de ser emitido a la atmósfera, usando cualquier método conveniente. El sustrato y/o la fuente de carbono C1 puede ser gas de síntesis, tal como el gas de síntesis obtenido por gasificación de carbón o residuos de refinería, gasificación de biomasa o material lignocelulósico, o reformado de gas natural. El gas de síntesis puede obtenerse a partir de la gasificación de residuos sólidos urbanos o de residuos sólidos industriales.Although the substrate is normally gaseous, the substrate can also be provided in alternative forms. For example, the substrate can be dissolved in a liquid saturated with a gas containing CO using a microbubble dispersion generator. By way of further example, the substrate may be adsorbed onto a solid support. The substrate and/or carbon source C1 may be a waste gas obtained as a by-product of an industrial process or from some other source, such as automobile exhaust or biomass gasification. The industrial process can be selected from the group consisting of the manufacture of ferrous metal products, such as the manufacture of a steel mill, the manufacture of non-ferrous products, petroleum refining processes, coal gasification, electric power production, black production. coal production, ammonia production, methanol production and coke manufacturing. In the present case, the substrate and/or the C1 carbon source can be captured from the industrial process before being emitted to the atmosphere, using any convenient method. The substrate and/or carbon source C1 may be syngas, such as syngas obtained by gasification of coal or refinery residues, gasification of biomass or lignocellulosic material, or reforming of natural gas. Synthesis gas can be obtained from the gasification of urban solid waste or industrial solid waste.

La composición del sustrato puede tener un impacto significativo sobre la eficacia y/o el coste de la reacción. Por ejemplo, la presencia de oxígeno (O2) puede reducir la eficacia de un proceso de fermentación anaerobia. Dependiendo de la composición del sustrato, puede ser deseable tratar, lavar o filtrar el sustrato para eliminar cualquier impureza no deseable, tales como toxinas, componentes no deseados o partículas de polvo y/o aumentar la concentración de componentes deseables.The composition of the substrate can have a significant impact on the efficiency and/or cost of the reaction. For example, the presence of oxygen (O2) can reduce the efficiency of an anaerobic fermentation process. Depending on the composition of the substrate, it may be desirable to treat, wash, or filter the substrate to remove any undesirable impurities, such as toxins, unwanted components, or dust particles, and/or to increase the concentration of desirable components.

El microorganismo puede cultivarse para producir uno o más productos. Por ejemplo, Clostridium autoethanogenum produce o puede genomanipularse para producir etanol (documento WO 2007/117157), acetato (documento WO 2007/117157), butanol (documento WO 2008/115080 y documento WO 2012/053905), butirato (documento WO 2008/115080), 2,3-butanodiol (documento WO 2009/151342), lactato (documento WO 2011/112103), buteno (documento WO 2012/024522), butadieno (documento WO 2012/024522), metiletilcetona (2-butanona) (documento WO 2012/024522 y documento WO 2013/185123), etileno (documento WO 2012/026833), acetona (documento WO 2012/115527), isopropanol (documento WO 2012/115527), lípidos (documento WO 2013/036147), 3-hidroxipropionato (3-hP) (documento WO 2013/180581), isopreno (documento WO 2013/180584), ácidos grasos (documento WO 2013/191567), 2-butanol (documento WO 2013/185123), 1,2-propanodiol (documento WO 2014/0369152) y 1-propanol (documento WO 2014/0369152). Además de uno o más productos diana, el microorganismo también puede producir etanol, acetato y/o 2,3-butanodiol. La biomasa microbiana en sí puede considerarse un producto.The microorganism can be cultured to produce one or more products. For example, Clostridium autoethanogenum produces or can be engineered to produce ethanol (WO 2007/117157), acetate (WO 2007/117157), butanol (WO 2008/115080 and WO 2012/053905), butyrate (WO 2008/ 115080), 2,3-butanediol (WO 2009/151342), lactate (WO 2011/112103), butene (WO 2012/024522), butadiene (WO 2012/024522), methyl ethyl ketone (2-butanone) ( WO 2012/024522 and WO 2013/185123), ethylene (WO 2012/026833), acetone (WO 2012/115527), isopropanol (WO 2012/115527), lipids (WO 2013/036147), 3 -hydroxypropionate (3-hP) (WO 2013/180581), isoprene (WO 2013/180584), fatty acids (WO 2013/191567), 2-butanol (WO 2013/185123), 1,2-propanediol (WO document 2014/0369152) and 1-propanol (WO 2014/0369152). In addition to one or more target products, the microorganism can also produce ethanol, acetate, and/or 2,3-butanediol. The microbial biomass itself can be considered a product.

Un "producto natural" es un producto generado por un microorganismo sin modificar genéticamente. Por ejemplo, etanol, acetato y 2,3-butanodiol son productos naturales de Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii y Clostridium ragsdalei. Un "producto no natural" es un producto que se genera por un microorganismo modificado genéticamente, pero no se produce por un microorganismo sin modificar genéticamente a partir del que procede el microorganismo modificado genéticamente.A "natural product" is a product generated by a non-genetically modified microorganism. For example, ethanol, acetate, and 2,3-butanediol are natural products of Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii, and Clostridium ragsdalei. An "unnatural product" is a product that is produced by a genetically modified microorganism, but is not produced by the non-genetically modified microorganism from which the genetically modified microorganism originated.

"Selectividad" se refiere a la relación de la generación de un producto diana respecto a la generación de todos los productos de fermentación generados por un microorganismo. El microorganismo puede genomanipularse para generar productos en una determinada selectividad o en una selectividad mínima. Un producto diana puede suponer al menos aproximadamente un 5 %, un 10 %, un 15 %, un 20 %, un 30 %, un 50 % o un 75 % de todos los productos de fermentación generados por el microorganismo. El producto diana puede suponer al menos un 10 % de todos los productos de fermentación generados por el microorganismo, de modo que el microorganismo tiene una selectividad para el producto diana de al menos un 10 %. El producto diana puede suponer al menos un 30 % de todos los productos de fermentación generados por el microorganismo, de modo que el microorganismo tiene una selectividad para el producto diana de al menos un 30 %."Selectivity" refers to the ratio of the generation of a target product to the generation of all fermentation products generated by a microorganism. The microorganism can be engineered to generate products at a certain selectivity or at a minimal selectivity. A target product may account for at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 50%, or 75% of all fermentation products generated by the microorganism. The target product may account for at least 10% of all fermentation products generated by the microorganism, such that the microorganism has a selectivity for the target product of at least 10%. The target product can account for at least 30% of all the fermentation products generated by the microorganism, so that the microorganism has a selectivity for the target product of at least 30%.

"Que aumenta la eficacia", "eficacia aumentada", y similares incluyen, pero sin limitación, aumento de la tasa de crecimiento específico, tasa o volumen de generación de producto, volumen de producto por volumen de sustrato consumido o selectividad de producto. La eficacia puede medirse respecto al rendimiento del microorganismo precursor a partir del que procede el microorganismo."Efficiency-increasing," "increased efficacy," and the like include, but are not limited to, increased specific growth rate, rate or volume of product generation, volume of product per volume of substrate consumed, or product selectivity. Efficacy can be measured relative to the performance of the precursor microorganism from which the microorganism is derived.

Los términos "productividad" o "tasa de producción" son la productividad volumétrica de un producto. En sistemas continuos, la productividad volumétrica se calcula como la relación entre la concentración en estado estacionario del producto y el tiempo de retención de líquido. En sistemas discontinuos, la productividad volumétrica se calcula como la concentración y el tiempo necesario para producir dicha concentración en un sistema discontinuo. La productividad volumétrica se expresa como g/l/día. Normalmente, el cultivo se realiza en un biorreactor. El término "biorreactor" incluye un dispositivo de cultivo/fermentación que consiste en uno o más recipientes, torres o estructuras de tuberías, tal como un reactor de tanque agitado continuo (CSTR, del inglés "continuous stirred tank reactor"), un reactor de células inmovilizadas (ICR, del inglés "immobilized cell reactor"), un reactor de lecho percolador (TBR, del inglés "trickle bed reactor"), columna de burbujeo, fermentador de elevación de gases, mezclador estático u otro recipiente u otro dispositivo adecuado para el contacto gas-líquido. El biorreactor puede comprender un primer reactor de crecimiento y un segundo reactor de cultivo/fermentación. El sustrato se puede proporcionar a uno de estos reactores o a ambos. Como se utiliza en el presente documento, los términos "cultivo" y "fermentación" se utilizan indistintamente. Estos términos abarcan tanto la fase de crecimiento como la fase de biosíntesis del producto del proceso de cultivo/fermentación.The terms "productivity" or "production rate" are the volumetric productivity of a product. In continuous systems, volumetric productivity is calculated as the ratio of the steady-state concentration of the product to the liquid retention time. In batch systems, volumetric productivity is calculated as the concentration and the time required to produce that concentration in a batch system. Volumetric productivity is expressed as g/l/day. Normally, the cultivation is carried out in a bioreactor. The term "bioreactor" includes a culture/fermentation device consisting of one or more vessels, towers, or piping structures, such as a continuous stirred tank reactor (CSTR), a immobilized cell reactor (ICR), trickle bed reactor (TBR), bubble column, gas-lift fermenter, static mixer, or other suitable vessel or device for gas-liquid contact. The bioreactor may comprise a first growth reactor and a second culture/fermentation reactor. The substrate can be provided to one or both of these reactors. As used herein, the terms "culture" and "fermentation" are used interchangeably. These terms encompass both the growth phase and the product biosynthesis phase of the cultivation/fermentation process.

El cultivo generalmente se mantiene en un medio de cultivo acuoso que contiene nutrientes, vitaminas y/o minerales suficientes para permitir el crecimiento del microorganismo. Preferentemente, el medio de cultivo acuoso es un medio de crecimiento microbiano anaeróbico, tal como un medio de crecimiento microbiano anaeróbico mínimo. Los medios adecuados son bien conocidos en la materia.The culture is generally maintained in an aqueous culture medium containing sufficient nutrients, vitamins, and/or minerals to allow growth of the microorganism. Preferably, the aqueous culture medium is an anaerobic microbial growth medium, such as minimal anaerobic microbial growth medium. Suitable media are well known in the art.

Es deseable que el cultivo/fermentación se lleve a cabo en condiciones apropiadas para la producción del producto diana. Normalmente, el cultivo/fermentación se realiza en condiciones anaerobias. Las condiciones de reacción a considerar incluyen presión (o presión parcial), temperatura, caudal de gas, caudal de líquido, pH de los medios, potencial redox de los medios, velocidad de agitación (en caso de utilizar un reactor de tanque agitado de flujo continuo), nivel de inóculo, concentraciones máximas de sustrato gaseoso para garantizar que el gas en la fase líquida no se vuelve limitante y concentraciones máximas del producto para evitar la inhibición del producto. En particular, la tasa de introducción del sustrato puede controlarse para asegurar que la concentración de gas en la fase líquida no se vuelva limitante, dado que los productos pueden consumirse por el cultivo en condiciones limitadas de gas.It is desirable that the cultivation/fermentation be carried out under conditions appropriate for the production of the target product. Normally, cultivation/fermentation is carried out under anaerobic conditions. The reaction conditions to be considered include pressure (or partial pressure), temperature, gas flow rate, liquid flow rate, pH of the media, redox potential of the media, stirring speed (in case of using a mixed flow stirred tank reactor). continuous), inoculum level, maximum gaseous substrate concentrations to ensure that gas in the liquid phase does not become limiting, and maximum product concentrations to avoid product inhibition. In particular, the rate of introduction of the substrate can be controlled to ensure that the gas concentration in the liquid phase does not become limiting, since the products can be consumed by the culture under gas-limited conditions.

La operación de un biorreactor a presiones elevadas permite una tasa aumentada de transferencia de masa de gas de la fase gaseosa a la fase líquida. Por consiguiente, generalmente es preferible realizar el cultivo/fermentación a presiones mayores que la presión atmosférica. También, dado que una tasa de conversión de gas dada es, en parte, una función del tiempo de retención del sustrato y el tiempo de retención dicta el volumen requerido de un biorreactor, el uso de sistemas presurizados puede reducir en gran medida el volumen del biorreactor necesario y, en consecuencia, el gasto de capital del equipo de cultivo/fermentación. Esto, a su vez, significa que el tiempo de retención, definido como el volumen líquido en el biorreactor dividido por la tasa de flujo de gas aportado, puede reducirse cuando los biorreactores se mantienen a presión elevada, en vez de a presión atmosférica. Las condiciones de reacción óptimas dependerán en parte del microorganismo particular utilizado. Sin embargo, en general, es preferible operar la fermentación a presiones mayores que la presión atmosférica. También, dado que una tasa de conversión de gas dada es en parte una función del tiempo de retención del sustrato y lograr un tiempo de retención deseado, a su vez, dicta el volumen necesario de un biorreactor, el uso de sistemas presurizados puede reducir en gran medida el volumen necesario del biorreactor y en consecuencia, el coste de capital del equipo de fermentación.Operation of a bioreactor at elevated pressures allows for an increased rate of gas mass transfer from the gas phase to the liquid phase. Accordingly, it is generally preferable to carry out cultivation/fermentation at pressures greater than atmospheric pressure. Also, since a given gas conversion rate is, in part, a function of substrate retention time and retention time dictates the required volume of a bioreactor, the use of pressurized systems can greatly reduce the volume of the substrate. required bioreactor and, consequently, the capital expenditure of the culture/fermentation equipment. This, in turn, means that retention time, defined as the liquid volume in the bioreactor divided by the feed gas flow rate, can be reduced when the bioreactors are kept at elevated pressure, rather than atmospheric pressure. Optimum reaction conditions will depend in part on the particular microorganism used. However, in general, it is preferable to operate the fermentation at pressures greater than atmospheric pressure. Also, since a given gas conversion rate is in part a function of the substrate retention time and achieving a time As the desired retention rate, in turn, dictates the required volume of a bioreactor, the use of pressurized systems can greatly reduce the required volume of the bioreactor and thus the capital cost of the fermentation equipment.

Los productos diana pueden separarse o purificarse a partir de un caldo de fermentación utilizando cualquier método o combinación de métodos conocidos en la materia, incluyendo, por ejemplo, destilación fraccionada, evaporación, pervaporación, extracción de gas, separación de fases y fermentación extractiva, incluyendo, por ejemplo, extracción líquido-líquido. Los productos diana pueden recuperarse del caldo de fermentación eliminando continuamente una parte del caldo del biorreactor, separando las células microbianas del caldo (convenientemente por filtración) y recuperando uno o más productos diana del caldo. Los alcoholes y/o acetona puede(n) recuperarse, por ejemplo, mediante destilación. Los ácidos pueden recuperarse, por ejemplo, por adsorción sobre carbón activado. Las células microbianas separadas se devuelven preferentemente al biorreactor. El permeado sin células que queda después de que se hayan eliminado los productos diana preferentemente se devuelve también al biorreactor. Se pueden añadir nutrientes adicionales (tales como vitaminas B) al permeado sin células para reponer el medio nutritivo antes de que se devuelva al biorreactor.The target products can be separated or purified from a fermentation broth using any method or combination of methods known in the art, including, for example, fractional distillation, evaporation, pervaporation, gas stripping, phase separation, and extractive fermentation, including , for example, liquid-liquid extraction. Target products can be recovered from the fermentation broth by continuously removing a portion of the broth from the bioreactor, separating microbial cells from the broth (conveniently by filtration), and recovering one or more target products from the broth. The alcohols and/or acetone can be recovered, for example, by distillation. The acids can be recovered, for example, by adsorption on activated carbon. The separated microbial cells are preferentially returned to the bioreactor. Cell-free permeate remaining after target products have been removed is preferably also returned to the bioreactor. Additional nutrients (such as B vitamins) can be added to the cell-free permeate to replenish the nutrient medium before it is returned to the bioreactor.

El uso del término "ácido", "ácidos" y similar cuando se hace referencia a la adición de un "ácido" a un cultivo o biorreactor de acuerdo con la invención debe tomarse en sentido amplio, incluyendo cualquier ácido monocarboxílico y dicarboxílico. La referencia a la adición o producción de sales equivalentes debe entenderse como una referencia al ácido, o una mezcla, por lo tanto. Por ejemplo, la referencia al término acetato debe incluir ácido acético y viceversa. La relación de ácido molecular a carboxilato en el caldo de fermentación depende del pH del sistema. Ejemplos de ácidos incluyen ácido acético, ácido propiónico, ácido n-butírico, ácido n-pentanoico, ácido n-hexanoico y ácido benzoico.The use of the term "acid", "acids" and the like when referring to the addition of an "acid" to a culture or bioreactor according to the invention should be taken in a broad sense, including any monocarboxylic and dicarboxylic acid. Reference to the addition or production of equivalent salts should be understood as referring to the acid, or a mixture, therefore. For example, reference to the term acetate should include acetic acid and vice versa. The ratio of molecular acid to carboxylate in the fermentation broth depends on the pH of the system. Examples of acids include acetic acid, propionic acid, n-butyric acid, n-pentanoic acid, n-hexanoic acid, and benzoic acid.

Se divulgan métodos para mejorar la eficacia de la fermentación. Los inventores han descubierto que la adición de aminoácidos específicos en exceso de los requisitos celulares a un cultivo microbiano, tiene un profundo efecto en el crecimiento del cultivo. Además, los inventores han identificado que esta adición en exceso de aminoácidos permite una mayor producción de productos de fermentación, especialmente productos de fermentación con demandas de energía/ATP elevadas.Methods for improving fermentation efficiency are disclosed. The inventors have discovered that the addition of specific amino acids in excess of cellular requirements to a microbial culture has a profound effect on the growth of the culture. Furthermore, the inventors have identified that this excess addition of amino acids allows for increased production of fermentation products, especially fermentation products with high energy/ATP demands.

La presente divulgación proporciona métodos para mejorar la eficiencia de la fermentación. Los inventores han descubierto que la adición de arginina en exceso de los requisitos celulares a un cultivo microbiano, tiene un profundo efecto en crecimiento del cultivo. Además, los inventores han identificado que esta adición en exceso de arginina permite una mayor producción de productos de fermentación, especialmente productos de fermentación con demandas de energía/ATP elevadas. Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, se cree que el efecto de aumento del crecimiento de la arginina proviene de la producción de ATP durante el catabolismo de la arginina por parte del microorganismo. La arginina se cataboliza a través de una ruta de arginina desiminasa (ADI) o una ruta de arginina descarboxilasa.The present disclosure provides methods for improving fermentation efficiency. The inventors have discovered that the addition of arginine in excess of cellular requirements to a microbial culture has a profound effect on the growth of the culture. Furthermore, the inventors have identified that this excess addition of arginine allows for increased production of fermentation products, especially fermentation products with high energy/ATP demands. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the growth-enhancing effect of arginine results from the production of ATP during catabolism of arginine by the microorganism. Arginine is catabolized through an arginine deiminase (ADI) pathway or an arginine decarboxylase pathway.

El catabolismo de la arginina a través de la arginina desiminasa ocurre por el siguiente mecanismo:The catabolism of arginine through arginine deiminase occurs by the following mechanism:

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El catabolismo de la arginina a través de la ruta de ADI da como resultado la producción de amonio, CO2 y ATP. El catabolismo de la arginina a través de la ruta de la arginina descarboxilasa ocurre por el siguiente mecanismo:The catabolism of arginine through the ADI pathway results in the production of ammonia, CO2, and ATP. The catabolism of arginine through the arginine decarboxylase pathway occurs by the following mechanism:

Arginina descarboxilasa Posible agmatina desaminasa Putrescina carbamoilArginine decarboxylase Possible agmatine deaminase Putrescine carbamoyl

SicA , ,, u ,A» transferesa L ilSicA , ,, u ,A» transferesa L il

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Carban mato
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Carban killed

ciñ na: sa Amonio J

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2.7.22 Arp ciñ na: sa Ammonio J
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2.7.2
2Arp

La producción de ATP resultante del catabolismo de la arginina permite un mayor perfil de crecimiento del microorganismo.The production of ATP resulting from the catabolism of arginine allows a greater growth profile of the microorganism.

Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores creen que mientras el catabolismo de la arginina proporciona el requisito de ATP del microorganismo para el crecimiento, la arginina no se utiliza como fuente de carbono por el microorganismo, más bien, la fuente de carbono utilizada es el componente de carbono en el gas que contiene C1. Los procesos para la fermentación microbiana de sustratos gaseosos que contienen C1 para generar productos tales como etanol y acetato son muy conocidos en la materia. Dichos procesos proporcionan un medio para producir combustibles comercialmente útiles a partir de gases residuales industriales que comprenden fuentes de carbono C1. Estos procesos generalmente implican alimentar un sustrato gaseoso que comprende, por ejemplo, CO a un biorreactor que comprende un cultivo de al menos un microorganismo carboxidotrófico acetogénico en un medio nutritivo líquido. El sustrato gaseoso se fermenta anaeróbicamente para producir alcoholes, ácidos y mezclas de los mismos. El medio nutritivo líquido utilizado en el biorreactor, contiene normalmente varios nutrientes que mantienen el crecimiento del al menos un microorganismo carboxidotrófico acetogénico y se utilizan en rutas metabólicas del uno o más microorganismos para producir alcoholes. Los ejemplos de dichos nutrientes se incluyen MgCI, CaCl, KCl, H3PO4, Fe, Ni, Zn, Mn, B, W, Se, etc.Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that while arginine catabolism provides the microorganism's ATP requirement for growth, arginine is not used as a carbon source by the microorganism, rather, the carbon source used is the carbon component in the gas that contains C1. Processes for the microbial fermentation of C1-containing gaseous substrates to generate products such as ethanol and acetate are well known in the art. Such processes provide a means of producing commercially useful fuels from industrial waste gases comprising C1 carbon sources. These processes generally involve feeding a gaseous substrate comprising, for example, CO to a bioreactor comprising a culture of at least one acetogenic carboxydotrophic microorganism in a liquid nutrient medium. The gaseous substrate is anaerobically fermented to produce alcohols, acids, and mixtures thereof. The liquid nutrient medium used in the bioreactor normally contains various nutrients that support the growth of at least one acetogenic carboxydotrophic microorganism and are used in metabolic pathways of the one or more microorganisms to produce alcohols. Examples of such nutrients include MgCl, CaCl, KCl, H3PO4, Fe, Ni, Zn, Mn, B, W, Se, etc.

También se sabe que las cepas de Clostridium pueden modificarse genéticamente para permitir la producción de una serie de otros productos útiles, que incluyen succinato, metil etil cetona (MEK), 2-butanol, propanodiol, 2-propanol, isopropanol, isopreno, acetoína, iso-butanol, citramalato, butadieno y ácido poliláctico, acetona, butanol, isobutileno, 3-hidroxipropionato (3HP) y ácidos grasos.It is also known that Clostridium strains can be genetically modified to allow the production of a number of other useful products, including succinate, methyl ethyl ketone (MEK), 2-butanol, propanediol, 2-propanol, isopropanol, isoprene, acetoin, iso-butanol, citramalate, butadiene and polylactic acid, acetone, butanol, isobutylene, 3-hydroxypropionate (3HP) and fatty acids.

Sorprendentemente, los inventores han descubierto que el aumento de la concentración de arginina proporcionada al cultivo microbiano, aumentó el perfil de crecimiento del microorganismo y aumenta la cantidad de productos intensivos de ATP que puede producir el cultivo.Surprisingly, the inventors have found that increasing the concentration of arginine provided to the microbial culture increased the growth profile of the microorganism and increases the amount of ATP-intensive products that the culture can produce.

Un ejemplo implica proporcionar un medio nutritivo líquido con arginina, en donde la cantidad de arginina proporcionada por el medio nutritivo líquido supera los requisitos celulares del microorganismo fijador de C1. Proporcionar arginina en exceso de los requisitos celulares del microorganismo fijador de C1 tiene el efecto de aumentar la tasa de crecimiento específica del cultivo microbiano. La tasa de crecimiento específica del microorganismo fijador de C1 puede aumentarse en al menos un 10 % o al menos un 20 % o al menos un 30 % o al menos un 40 % o al menos un 50 % o al menos un 60 % o al menos un 70 % en comparación con el microorganismo sin exceso de arginina.One example involves providing a liquid nutrient medium with arginine, where the amount of arginine provided by the liquid nutrient medium exceeds the cellular requirements of the C1-fixing microorganism. Providing arginine in excess of the cellular requirements of the C1-fixing microorganism has the effect of increasing the specific growth rate of the microbial culture. The specific growth rate of the C1-binding microorganism can be increased by at least 10% or at least 20% or at least 30% or at least 40% or at least 50% or at least 60% or by less than 70% compared to the microorganism without excess arginine.

El requisito celular de arginina por parte de un microorganismo se puede estimar mediante la determinación de la composición de aminoácidos de la biomasa después de la hidrólisis de la biomasa y el análisis de los aminoácidos. Se ha demostrado que el aumento de la concentración de arginina en los medios nutritivos líquidos de igualar el requisito celular a 1000 veces (o más) por encima del requisito para la síntesis de biomasa, disminuyó el tiempo de duplicación del microorganismo. En determinados casos, el tiempo de duplicación del cultivo proporcionado con un exceso de arginina disminuyó a 3,5 h en comparación con un tiempo de duplicación de 7,3 h en un cultivo sin exceso de arginina. Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores también creen que el aumento de la concentración de arginina de 2 a 80 veces (o más) por encima del requisito celular aumenta la tasa de productividad de los productos de fermentación intensivos de ATP. La arginina puede proporcionarse al cultivo de 2 a 1000 o de 2 a 800 o de 2 a 500 o de 2 a 100 o de 2 a 50 o de 2 a 10 o de 50 a 1000 o de 50 a 800 o de 50 a 600, o de 50 a 500 o de 50 a 300 o de 50 a 200 o de 50 a 100 o de 100 a 1000 o de 100 a 800 o de 100 a 600 o de 100 a 500 o de 100 a 300 o de 100 a 200 veces el requisito para la síntesis de biomasa.The cellular requirement for arginine by a microorganism can be estimated by determining the amino acid composition of the biomass after biomass hydrolysis and amino acid analysis. It has been shown that increasing the concentration of arginine in liquid nutrient media from matching the cellular requirement to 1000 times (or more) above the requirement for biomass synthesis, decreased the doubling time of the microorganism. In certain cases, the doubling time of the culture provided with excess arginine decreased to 3.5 h compared to a doubling time of 7.3 h in a culture without excess arginine. Without wishing to be bound by theory, the inventors also believe that increasing the arginine concentration to 2 to 80 times (or more) above the cellular requirement increases the productivity rate of ATP intensive fermentation products. Arginine can be provided to the culture from 2 to 1000 or from 2 to 800 or from 2 to 500 or from 2 to 100 or from 2 to 50 or from 2 to 10 or from 50 to 1000 or from 50 to 800 or from 50 to 600 , or from 50 to 500 or from 50 to 300 or from 50 to 200 or from 50 to 100 or from 100 to 1000 or from 100 to 800 or from 100 to 600 or from 100 to 500 or from 100 to 300 or from 100 to 200 times the requirement for biomass synthesis.

En términos de concentración real, esta concentración puede ser una en la que la concentración de arginina en el medio nutritivo líquido sea de 20 mg/l a aproximadamente 20 g/l. La concentración de arginina se mantenga en una cantidad de al menos 20 mg/l o al menos 100 mg/l o al menos 300 mg/l o al menos 500 mg/l o al menos 1 g/l o al menos 2 g/l o al menos 3 g/l o al menos 4 g/l o al menos 5 g/l o al menos 10 g/l o al menos 20 g/l. La concentración de arginina se puede mantener entre 20 mg/l y aproximadamente 20 g/l o entre 100 mg/l y 20 g/l o entre 500 mg/l y 20 g/l o entre 500 mg/l y 10 g/l o entre 1 g/l y 10 g/l o entre 5 g/l y 10 g/l o entre 5 g/l y 20 g/l. Se puede proporcionar arginina al cultivo de manera que el consumo de arginina por parte del cultivo sea de al menos 20 mg de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 100 mg de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 1 gramo de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 5 gramos de arginina por gramo de peso celular seco o al menos 10 gramos de arginina por gramo de peso celular seco. Se puede proporcionar arginina al cultivo de manera que el consumo de arginina por el cultivo esté entre 20 mg y 20 gramos por gramo de peso celular seco o entre 100 mg y 20 gramos por gramo de peso celular seco o entre 1 gramo y 10 gramos por gramo de peso celular seco. El cultivo puede consumir al menos 0,012 g de arginina para producir 1 g de biomasa. El requisito celular de arginina para la síntesis de biomasa puede estar entre 0,012 g por gramo de biomasa y aproximadamente 24 g por gramo de biomasa. El requisito de arginina para la síntesis de biomasa puede ser de al menos 0,012 g por gramo de biomasa o al menos 0,024 g por gramo de biomasa, a aproximadamente 0,048 g por gramo de biomasa o al menos 0,120 g por gramo de biomasa o al menos 0,24 g por gramo de biomasa o al menos 0,48 g por gramo de biomasa o al menos 1,2 g por gramo de biomasa o al menos 2,4 g por gramo biomasa o al menos 4,8 g por gramo de biomasa o al menos 12 g por gramo de biomasa.In terms of actual concentration, this concentration may be one where the concentration of arginine in the liquid nutrient medium is 20 mg/l to about 20 g/l. The concentration of arginine is maintained in an amount of at least 20 mg/l or at least 100 mg/l or at least 300 mg/l or at least 500 mg/l or at least 1 g/l or at least 2 g/l or at least 3 g /l or at least 4 g/l or at least 5 g/l or at least 10 g/l or at least 20 g/l. The arginine concentration can be maintained between 20 mg/l and approximately 20 g/l or between 100 mg/l and 20 g/l or between 500 mg/l and 20 g/l or between 500 mg/l and 10 g/l or between 1 g/l and 10 g/l or between 5 g/l and 10 g/l or between 5 g/l and 20 g/l. Arginine can be provided to the culture such that the consumption of arginine by the culture is at least 20 mg arginine per gram dry cell weight or at least 100 mg arginine per gram dry cell weight or at least 1 gram arginine. arginine per gram of dry cell weight or at least 5 grams of arginine per gram of dry cell weight or at least 10 grams of arginine per gram of dry cell weight. Arginine can be provided to the culture such that the consumption of arginine by the culture is between 20 mg and 20 grams per gram of dry cell weight or between 100 mg and 20 grams per gram of dry cell weight or between 1 gram and 10 grams per gram dry cell weight. The culture can consume at least 0.012 g of arginine to produce 1 g of biomass. The cellular requirement of arginine for biomass synthesis can be between 0.012 g per gram of biomass and about 24 g per gram of biomass. The arginine requirement for biomass synthesis can be from at least 0.012 g per gram of biomass or at least 0.024 g per gram of biomass, to about 0.048 g per gram of biomass or at least 0.120 g. per gram of biomass or at least 0.24 g per gram of biomass or at least 0.48 g per gram of biomass or at least 1.2 g per gram of biomass or at least 2.4 g per gram of biomass or at least 4.8 g per gram of biomass or at least 12 g per gram of biomass.

En algunos casos, el aumento de la concentración de arginina en el medio nutritivo líquido de 2 a 80 veces (o más) por encima del requisito celular aumenta el tiempo de duplicación del microorganismo en al menos un 10 % o al menos un 20 % o al menos un 30 % o en al menos un 40 % o al menos en un 50 % o en al menos un 60 % o en al menos un 70 %.In some cases, increasing the concentration of arginine in the liquid nutrient medium to 2 to 80 times (or more) above the cellular requirement increases the doubling time of the microorganism by at least 10% or at least 20% or at least 30% or at least 40% or at least 50% or at least 60% or at least 70%.

Cuando la arginina se aumentó por encima del requisito celular de Clostridium autoethanogenum se redujo la producción de acetato por parte del microorganismo. Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores creen que la capacidad de Clostridium autoethanogenum para utilizar arginina para producir ATP para el crecimiento anula la necesidad del microorganismo de producir acetato para adquirir ATP cuando se suministra arginina.When arginine was increased above the cellular requirement of Clostridium autoethanogenum , the production of acetate by the microorganism was reduced. Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that the ability of Clostridium autoethanogenum to utilize arginine to produce ATP for growth negates the microorganism's need to produce acetate to acquire ATP when arginine is supplied.

Todos los microorganismos acetogénicos se describen para producir acetato (Drake, Acetogenic Prokaryotes, en The Prokaryotes, 3.a edición, páginas 354-420, Nueva York, Ny, Springer, 2006), ya que la producción de acetato proporciona al microorganismo una opción para generar directamente ATP a partir de la fosforilación a nivel de sustrato a través de Pta (fosfotransacetilasa) y Ack (fosfotransacetilasa-acetato cinasa). En particular, a escala comercial, no es deseable que los microorganismos produzcan acetato (u otros ácidos orgánicos necesarios para la reacción de la CoA transferasa) como subproducto, ya que el acetato desvía el carbono de los productos diana y, por lo tanto, afecta la eficacia y el rendimiento de los productos diana. De manera adicional, el acetato puede ser tóxico para los microorganismos y/o puede servir como sustrato para el crecimiento de microorganismos contaminantes. Además, la presencia de acetato hace que sea más difícil recuperar y separar los productos diana y controlar las condiciones de fermentación para favorecer la producción de los productos diana.All acetogenic microorganisms are described to produce acetate (Drake, Acetogenic Prokaryotes, in The Prokaryotes, 3rd edition, pages 354-420, New York, Ny, Springer, 2006), since acetate production provides the microorganism with an option to directly generate ATP from substrate-level phosphorylation via Pta (phosphotransacetylase) and Ack (phosphotransacetylase-acetate kinase). In particular, on a commercial scale, it is undesirable for microorganisms to produce acetate (or other organic acids required for the CoA transferase reaction) as a by-product, since acetate diverts carbon from target products and thus affects the efficacy and performance of the target products. Additionally, acetate may be toxic to microorganisms and/or may serve as a substrate for the growth of contaminating microorganisms. Furthermore, the presence of acetate makes it more difficult to recover and separate the target products and to control the fermentation conditions to favor the production of the target products.

La provisión de arginina en exceso de los requisitos celulares a un cultivo de Clostridium autoethanogenum da como resultado una producción de acetato muy reducida en comparación con un cultivo donde no se proporciona arginina en exceso de los requisitos celulares. Asimismo, los inventores han demostrado que la producción de acetato aumenta en un cultivo, una vez que la fuente de arginina se haya agotado por completo. La provisión de un exceso de arginina al cultivo microbiano puede reducir la producción de acetato en un 20 % o en un 30 % o en un 40 % o en un 50 % o en un 60 % o en un 70 % o en un 80 %.Provision of arginine in excess of cellular requirements to a culture of Clostridium autoethanogenum results in greatly reduced acetate production compared to a culture where arginine is not provided in excess of cellular requirements. Also, the inventors have shown that the production of acetate increases in a culture, once the source of arginine has been completely depleted. Providing excess arginine to microbial culture can reduce acetate production by 20% or 30% or 40% or 50% or 60% or 70% or 80% .

Los inventores han demostrado que la arginina se convierte de manera estequiométrica en ornitina, lo que implica a la ruta de la arginina desiminasa como el mecanismo para el catabolismo de la arginina. Esta ruta convertiría la arginina en ornitina, amonio, ATP y CO2. El crecimiento mejorado se facilitaría mediante el suministro de ATP y amonio de la degradación de arginina. Se divulga un método para mejorar la viabilidad de un proceso de fermentación, en donde se proporciona arginina al cultivo microbiano en ausencia de una fuente alternativa de nitrógeno.The inventors have shown that arginine is stoichiometrically converted to ornithine, implicating the arginine deiminase pathway as the mechanism for arginine catabolism. This pathway would convert arginine to ornithine, ammonia, ATP, and CO2. Enhanced growth would be facilitated by supplying ATP and ammonium from arginine degradation. A method for improving the viability of a fermentation process is disclosed, wherein arginine is provided to the microbial culture in the absence of an alternative source of nitrogen.

Es bien conocido en la materia que el microorganismo necesita nitrógeno para su crecimiento. Normalmente, se proporciona nitrógeno al cultivo en forma de sal de amonio o hidróxido de amonio. Normalmente, se produce amoníaco mediante el proceso de Haber, que se caracteriza por la siguiente reacción:It is well known in the art that the microorganism needs nitrogen for its growth. Normally, nitrogen is provided to the crop in the form of ammonium salt or ammonium hydroxide. Ammonia is normally produced by the Haber process, which is characterized by the following reaction:

N2(g) 3H2(g) =5=^ 2NH3(g) AH'0' = -92 kJ mol'1N2(g) 3H2(g) =5=^ 2NH3(g) AH'0' = -92 kJ mol'1

En la actualidad, se produce amoníaco principalmente a partir de gas natural y carbón. En un proceso normal de producción de amoníaco a partir de gas natural, el hidrógeno se obtiene del gas natural y el nitrógeno procede de la atmósfera. El gas natural produce gases de efecto invernadero, mientras que el amoníaco en sí mismo no produce gases de efecto invernadero, la producción de amoníaco sí. Es deseable encontrar y utilizar fuentes de amoníaco que sean completamente renovables. [http://www.agmrc.org/renewable_energy/renewable_energy/ammonia-as-atransportation-fuel/]. Los costes del hidróxido de amonio (28,0 a 30,0 p/p) están en el intervalo de 9600 USD por 1000 kilogramos.Today, ammonia is produced primarily from natural gas and coal. In a normal process of producing ammonia from natural gas, hydrogen is obtained from natural gas and nitrogen comes from the atmosphere. Natural gas produces greenhouse gases, while ammonia itself does not produce greenhouse gases, ammonia production does. It is desirable to find and use sources of ammonia that are completely renewable. [http://www.agmrc.org/renewable_energy/renewable_energy/ammonia-as-atransportation-fuel/]. Ammonium hydroxide costs (28.0 to 30.0 p/p) are in the range of $9,600 per 1,000 kilograms.

La arginina (L-Arginina) se aisló por primera vez del extracto de plántulas de lupino en 1886. Más tarde se identificó que estaba ampliamente distribuida en alimentos y piensos. La arginina se puede producir mediante una variedad de métodos, incluida la hidrólisis de proteínas, síntesis química y síntesis microbiológica. La mayor parte de la L-arginina se produce mediante fermentación directa utilizando fuentes de carbono renovables.Arginine (L-Arginine) was first isolated from the extract of lupine seedlings in 1886. It was later identified to be widely distributed in food and feed. Arginine can be produced by a variety of methods, including protein hydrolysis, chemical synthesis, and microbiological synthesis. Most of the L-arginine is produced by direct fermentation using renewable carbon sources.

[jn.nutrition.org/content/134/10/2854S.full][jn.nutrition.org/content/134/10/2854S.full]

La ruta identificada del ejemplo 3 permite la conversión de 1 mol de arginina en 3 moles de amoníaco. Por lo tanto, la arginina puede proporcionar una fuente alternativa de nitrógeno para las bacterias, lo que aporta amoníaco directamente en el metabolismo, sin dejar de proporcionar las ventajas descritas anteriormente. Dado que 1 molécula de arginina se puede descomponer en 3 moléculas de amoníaco, las cantidades más bajas necesarias conducen a ahorros significativos debido al precio más bajo de la arginina (la arginina de grado alimenticio al 99 % cuesta alrededor de 17 a 18.000 USD/1000 kg, mientras que el amoníaco de grado industrial al 30 % cuesta ~10 a 11.000 USD/1000 kg de Sigma Aldrich o Fisher) y a la manipulación reducida. Además, la arginina se puede obtener de forma sostenible a partir de fuentes biológicas, por ejemplo, mediante fermentación (T. Utagawa, J. Nutr., 2004, 134, 2854S-2857).The pathway identified from Example 3 allows for the conversion of 1 mole of arginine to 3 moles of ammonia. Therefore, arginine can provide an alternative source of nitrogen for bacteria, bringing ammonia directly into metabolism, while still providing the benefits described above. Since 1 molecule of arginine can be broken down into 3 molecules of ammonia, the lower amounts needed lead to significant savings due to the lower price of arginine (99% food grade arginine costs around $17-18,000/1000). kg, while 30% industrial grade ammonia costs ~10 to $11,000/1000kg Sigma Aldrich or Fisher) and reduced handling. Furthermore, arginine can be sustainably obtained from biological sources, for example by fermentation (T. Utagawa, J. Nutr., 2004, 134, 2854S-2857).

La ruta de la arginina desiminasa procede a través de tres etapas enzimáticas, catalizadas por arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), una carbamoiltransferasa (ornitina carbamoiltransferasa, putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y una carbamato cinasa (EC 2.7.2.2). Se han identificado enzimas respectivas en el genoma de C. autoethanogenum. The arginine deiminase pathway proceeds through three enzymatic steps, catalyzed by arginine deiminase (EC 3.5.3.6), a carbamoyltransferase (ornithine carbamoyltransferase, putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3), and a carbamate kinase (EC 2.7.2.2). . Respective enzymes have been identified in the genome of C. autoethanogenum.

Se divulga una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una ruta de arginina desiminasa mejorada. La bacteria fijadora de C1 genomanipulada puede comprender una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en: arginina desiminasa (Ec 3.5.3.6), carbamoiltransferasa (ornitina carbamoiltransferasa, putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), en donde cada enzima es una enzima endógena sobreexpresada, una enzima endógena mutada de una enzima exógena. La bacteria fijadora de C1 puede ser una bacteria Clostridium. La bacteria puede ser Clostridium autoethanogenum. A genome-engineered C1-binding bacterium comprising an improved arginine deiminase pathway is disclosed. The engineered C1-binding bacterium may comprise one or more enzymes selected from the group consisting of: arginine deiminase (Ec 3.5.3.6), carbamoyltransferase (ornithine carbamoyltransferase, putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3) and carbamate kinase (EC 2.7.2.2 ), where each enzyme is an overexpressed endogenous enzyme, an endogenous enzyme mutated from an exogenous enzyme. The C1-binding bacterium may be a Clostridium bacterium. The bacterium may be Clostridium autoethanogenum.

Aunque sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores creen que para aumentar el rendimiento, en particular, si se observa acumulación de intermediarios como citrulina, de la ruta, los genes respectivos se pueden sobreexpresar o los genes de otras fuentes se pueden introducir y expresar de manera heteróloga por un experto en la materia utilizando los métodos descritos anteriormente (documentos WO2012/053905, WO2012/115527 y WO2013-180584).While not wishing to be bound by theory, the inventors believe that to increase the yield, in particular, if accumulation of intermediates such as citrulline, of the pathway is observed, the respective genes may be over-expressed or genes from other sources may be introduced. and express heterologously by one skilled in the art using the methods described above (WO2012/053905, WO2012/115527 and WO2013-180584).

Se divulga un método para producir al menos un producto a partir de un sustrato, comprendiendo el método cultivar una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en: arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), carbamoiltransferasa (ornitina carbamoiltransferasa, putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), en donde cada enzima es una enzima endógena sobreexpresada, una enzima endógena mutada de una enzima exógena.A method for producing at least one product from a substrate is disclosed, the method comprising culturing a genome-engineered C1-fixing bacterium comprising one or more enzymes selected from the group consisting of: arginine deiminase (EC 3.5.3.6), carbamoyltransferase ( ornithine carbamoyltransferase, putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3) and carbamate kinase (EC 2.7.2.2), where each enzyme is an overexpressed endogenous enzyme, an endogenous enzyme mutated from an exogenous enzyme.

Se divulga una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en ornitina racemasa (EC 5.1.1.12), ornitina aminomutasa (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa (EC 1.4.1.12) y 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa. Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores creen que los genes respectivos se pueden sobreexpresar o los genes de otras fuentes se pueden introducir y expresar de manera heteróloga por un experto en la materia utilizando los métodos descritos anteriormente (documentos WO2012/053905, WO2012/115527 y WO2013-180584). El organismo también puede adaptarse y evolucionar para utilizar la ornitina de manera más eficaz si se adapta para crecer con arginina a lo largo del tiempo. Esto está respaldado por la observación de una acumulación de ornitina.A genome-engineered C1-fixing bacterium is disclosed which comprises one or more enzymes selected from the group consisting of ornithine racemase (EC 5.1.1.12), ornithine aminomutase (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase (EC 1.4.1.12) and 2-amino-4-oxopentanoate thiolase. Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that the respective genes can be overexpressed or genes from other sources can be introduced and expressed heterologously by one skilled in the art using the methods described above (WO2012/053905, WO2012/115527 and WO2013-180584). The body can also adapt and evolve to use ornithine more efficiently if it adapts to grow with arginine over time. This is supported by the observation of an accumulation of ornithine.

Los inventores han identificado un represor de arginina que controla la expresión génica mediante la unión a una secuencia operadora palindrómica que se ubica aproximadamente 45 pb cadena arriba del codón de inicio de la arginina desiminasa. La adición de arginina provoca que el represor se desvincule de la secuencia operadora, lo que permite la transcripción de los genes cadena abajo de la secuencia operadora. Se divulga una bacteria recombinante genomanipulada que comprende al menos un gen heterólogo, proporcionándose dicho gen heterólogo cadena abajo de una secuencia operadora de unión a argR, en donde la expresión génica del al menos un gen heterólogo puede activarse mediante la adición de arginina.The inventors have identified an arginine repressor that controls gene expression by binding to a palindromic operator sequence that is located approximately 45 bp upstream of the arginine deiminase start codon. The addition of arginine causes the repressor to dissociate from the operator sequence, allowing transcription of genes downstream of the operator sequence. A genome-engineered recombinant bacterium comprising at least one heterologous gene is disclosed, said heterologous gene being provided downstream of an argR-binding operator sequence, wherein gene expression of the at least one heterologous gene can be activated by the addition of arginine.

Se divulga un método para producir al menos un producto, comprendiendo el método proporcionar una fuente de carbono a un cultivo que contiene una bacteria genomanipulada que comprende al menos un gen heterólogo, proporcionándose dicho gen heterólogo cadena abajo de una secuencia operadora de unión a argR, proporcionar al cultivo arginina y fermentar el cultivo. El al menos un gen heterólogo puede ser un gen heterólogo en la ruta de biosíntesis del producto.A method for producing at least one product is disclosed, the method comprising providing a carbon source to a culture containing a genome-engineered bacterium comprising at least one heterologous gene, said heterologous gene being provided downstream of an argR binding operator sequence, provide the culture with arginine and ferment the culture. The at least one heterologous gene may be a heterologous gene in the biosynthetic pathway of the product.

En un ejemplo, los genes heterólogos pueden codificar una ruta metabólica que necesita ATP para la síntesis del producto. Por ejemplo, la ruta del mevalonato es una ruta heteróloga que convierte la acetil-CoA en isopentenildifosfato a un coste de 3 moles de ATP por mol de isopentenil-difosfato. Utilizando el método descrito, la expresión de la ruta heteróloga del mevalonato podría activarse mediante la adición de arginina, que también proporcionaría ATP para la ruta del mevalonato a través de la degradación de la arginina a través de la ruta de la arginina desiminasa.In one example, the heterologous genes may encode a metabolic pathway that requires ATP for product synthesis. For example, the mevalonate pathway is a heterologous pathway that converts acetyl-CoA to isopentenyl diphosphate at a cost of 3 moles of ATP per mole of isopentenyl diphosphate. Using the method described, the expression of the heterologous mevalonate pathway could be activated by the addition of arginine, which would also provide ATP for the mevalonate pathway through arginine degradation via the arginine deiminase pathway.

En otro aspecto, la arginina se puede utilizar a través de una ruta de descarboxilación de arginina. Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores creen que la arginina se puede descarboxilar a agmatina y CO2 mediante la enzima arginina descarboxilasa. La agmatina se puede convertir posteriormente en N-carbamoil putrescina mediante la enzima agmatina desiminasa, produciendo también amonio. La putrescina carbamoiltransferasa puede convertir N-carbamoil-putrescina más fosfato en putrescina más carbamoil-fosfato. El carbamoil fosfato más ADP se convierte en amonio ATP CO2 por la carbamato cinasa a través del mismo mecanismo que en la ruta de la arginina desiminasa. El rendimiento neto de amonio y ATP es el mismo que el de la ruta de la arginina desiminasa pero con dos intermediarios diferentes (agmatina y N-carbamoil putrescina) y un subproducto diferente (putrescina). La putrescina es un subproducto de mayor valor que la ornitina o la arginina y se puede utilizar como materia prima para la producción de una variedad de polímeros, incluidos el nailon-4,6 (Qian et al. 2009, Biotechnol. Bioeng. 104, págs. 651-662) y el poliuretano.In another aspect, arginine can be utilized through an arginine decarboxylation pathway. Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that arginine can be decarboxylated to agmatine and CO2 by the enzyme arginine decarboxylase. Agmatine can be further converted to N-carbamoyl putrescine by the enzyme agmatine deiminase, also producing ammonium. Putrescine carbamoyltransferase can convert N-carbamoyl-putrescine plus phosphate to putrescine plus carbamoyl-phosphate. Carbamoyl phosphate plus ADP is converted to ammonium ATP CO2 by carbamate kinase through the same mechanism as the arginine deiminase pathway. The net yield of ammonia and ATP is the same as the arginine deiminase pathway but with two different intermediates (agmatine and N-carbamoyl putrescine) and a different byproduct (putrescine). The Putrescine is a higher value by-product than ornithine or arginine and can be used as a starting material for the production of a variety of polymers, including nylon-4,6 (Qian et al. 2009, Biotechnol. Bioeng. 104, pp 651-662) and polyurethane.

La bacteria puede modificarse para sobreexpresar uno o más genes endógenos, expresar uno o más genes endógenos mutados o expresar de manera heteróloga uno o más genes exógenos, codificar enzimas seleccionadas del grupo que consiste en ornitina racemasa, ornitina aminomutasa, subunidad p (OraE), ornitina aminomutasa, subunidad a (OraS), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa, 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa, 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa, subunidad p, 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa, subunidad a y variantes funcionalmente equivalentes de las mismas. De manera alternativa, la bacteria se puede modificar para expresar uno o más genes exógenos seleccionados del grupo que consiste en ornitina racemasa, ornitina aminomutasa, subunidad p (OraE), ornitina aminomutasa, subunidad a (OraS), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa, 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa, 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa, subunidad p y 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa, subunidad a. Los genes endógenos pueden proceder de Clostridium sticklandii (Figura 23). Sin el deseo de limitarse a teoría alguna, los inventores consideran que la sobreexpresión de estos genes dará como resultado un mayor rendimiento en la ruta de la arginina desiminasa, particularmente cuando se observa acumulación de ornitina en la cepa original. De manera alternativa, se considera que la bacteria puede adaptarse y evolucionar para utilizar la ornitina de manera más eficaz. La bacteria puede seleccionarse para crecer en arginina. La bacteria puede comprender una o más modificaciones genéticas que interrumpen un transportador de arginina:ornitina. La modificación genética puede interrumpir la expresión de CAETHG 3023 y CAETHG_3024 (Genbank GeneID: 17336441 y 17336442; Número de registro de proteínas Genbank: YP_008700482.1 y YP_008700483.1). Preferentemente, la modificación genética es una mutación de inactivación del gen. La inactivación del transportador de arginina:ornitina da como resultado una disminución de la exportación de ornitina desde la célula bacteriana y permite el metabolismo de la ornitina por parte de la célula. De manera adicional, la bacteria se puede modificar para expresar un transportador de arginina alternativo para importar arginina sin exportar ornitina. De manera alternativa, la bacteria se puede modificar para expresar un importador de ornitina para permitir la recuperación de la ornitina excretada. Cada uno de estos enfoques aumentará la capacidad de la bacteria para metabolizar ornitina.The bacterium may be modified to overexpress one or more endogenous genes, express one or more mutated endogenous genes, or heterologously express one or more exogenous genes, encoding enzymes selected from the group consisting of ornithine racemase, ornithine aminomutase, p-subunit (OraE), ornithine aminomutase, a-subunit (OraS), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase, 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase, 2-amino-4-oxopentanoate thiolase, p-subunit, 2-amino-4-oxopentanoate thiolase, a-subunit, and functionally equivalent variants of the same. Alternatively, the bacterium can be modified to express one or more exogenous genes selected from the group consisting of ornithine racemase, ornithine aminomutase, p-subunit (OraE), ornithine aminomutase, a-subunit (OraS), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase, 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase, 2-amino-4-oxopentanoate thiolase, p-subunit, and 2-amino-4-oxopentanoate thiolase, a-subunit. Endogenous genes may come from Clostridium sticklandii (Figure 23). Without wishing to be bound by theory, the inventors believe that overexpression of these genes will result in increased yields in the arginine deiminase pathway, particularly when ornithine accumulation is observed in the parent strain. Alternatively, it is believed that the bacterium may adapt and evolve to use ornithine more efficiently. The bacterium can be selected to grow on arginine. The bacterium may comprise one or more genetic modifications that disrupt an arginine:ornithine transporter. Genetic modification can disrupt the expression of CAETHG 3023 and CAETHG_3024 (Genbank GeneID: 17336441 and 17336442; Genbank Protein Registry Number: YP_008700482.1 and YP_008700483.1). Preferably, the genetic modification is a knockout mutation of the gene. Inactivation of the arginine:ornithine transporter results in decreased export of ornithine from the bacterial cell and allows metabolism of ornithine by the cell. Additionally, the bacterium can be modified to express an alternative arginine transporter to import arginine without exporting ornithine. Alternatively, the bacterium can be modified to express an ornithine importer to allow recovery of excreted ornithine. Each of these approaches will increase the bacteria's ability to metabolize ornithine.

El ejemplo 1 muestra la producción de alanina a partir de arginina mediante C. autoethanogenum. Se divulga un método para la producción de uno o más productos procedentes de alanina, incluyendo los productos procedentes de alanina 3-hidroxipropionato (3-HP) o ácido acrílico. El ácido acrílico es un producto importante con usos en floculantes poliméricos, dispersantes, recubrimientos, pinturas, adhesivos y aglutinantes para cuero, papel y textil con una demanda global estimada de 5 millones de toneladas en 2014. El 3-HP es una plataforma para ácido acrílico, ácido metilacrílico, acrilamida o 1,3-propanodiol.Example 1 shows the production of alanine from arginine by C. autoethanogenum. A method for the production of one or more alanine-derived products, including alanine-derived products 3-hydroxypropionate (3-HP) or acrylic acid, is disclosed. Acrylic acid is an important product with uses in polymeric flocculants, dispersants, coatings, paints, adhesives, and binders for leather, paper, and textiles with an estimated global demand of 5 million tons in 2014. 3-HP is a platform for acid acrylic, methyl acrylic acid, acrylamide or 1,3-propanediol.

Se divulga una bacteria fijadora de C1 genomanipulada que comprende al menos una enzima heteróloga seleccionada del grupo que consiste en: enzimas para convertir alanina en malonil-semialdehído y 3-HP, enzimas para convertir alanina en alanil-CoA, enzimas para convertir 3-HP en acrilil-CoA, enzimas para convertir alanil-CoA en acrilil-CoA y enzimas para convertir acrilil-CoA en acrilato.A genome-engineered C1-fixing bacterium is disclosed comprising at least one heterologous enzyme selected from the group consisting of: enzymes for converting alanine to malonyl-semialdehyde and 3-HP, enzymes for converting alanine to alanyl-CoA, enzymes for converting 3-HP into acrylyl-CoA, enzymes to convert alanyl-CoA to acrylyl-CoA, and enzymes to convert acrylyl-CoA to acrylate.

El microorganismo fijador de C1 puede ser un microorganismo carboxidotrófico acetogénico. Los ejemplos de microorganismos fijadores de C1 adecuados incluyen Clostridium, Moorella, Oxobacter, Peptostreptococcus, Acetobacterium, Eubacterium, o Butyribacterium. El microorganismo puede seleccionarse del grupo de microorganismos identificados en la tabla 5.The C1-binding microorganism may be an acetogenic carboxydotrophic microorganism. Examples of suitable C1-fixing microorganisms include Clostridium, Moorella, Oxobacter, Peptostreptococcus, Acetobacterium, Eubacterium, or Butyribacterium. The microorganism can be selected from the group of microorganisms identified in Table 5.

Ejemplosexamples

El ejemplo 4 ilustra adicionalmente la invención pero, por supuesto, no debe interpretarse como una limitación de su alcance de ninguna manera.Example 4 further illustrates the invention but should of course not be construed as limiting its scope in any way.

Tabla 1: Medios PETC-MES sin extracto de levaduraTable 1: PETC-MES media without yeast extract

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continuacióncontinuation

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Ejemplo 1Example 1

Identificación de aminoácidos preferidos de acetógeno Identification of preferred amino acids of acetogen C. autoethanogenum C. autoethanogenum y crecimiento mejorado con complementos de argininaand enhanced growth with arginine supplementation

Este ejemplo demuestra que la arginina, la histidina, el aspartato y el glutamato son claramente preferidos sobre otros aminoácidos y se consumen en rendimientos >80 veces más elevados que los necesarios para la síntesis de biomasa por el acetógeno DSM10061 de C. autoethanogenum y la complementación de arginina en un medio definido permite a C. autoethanogenum crecer con un tD~3 h, que es ~3 veces más rápido en comparación con la complementación con extracto de levadura (YE, del inglés "yeast extract"). This example demonstrates that arginine, histidine, aspartate, and glutamate are clearly preferred over other amino acids and are consumed in >80-fold higher yields than are required for biomass synthesis by the C. autoethanogenum acetogen DSM10061 and complementation. of arginine in defined medium allows C. autoethanogenum to grow with ~3 hr tD, which is ~3-fold faster compared to yeast extract (YE) supplementation.

DSM10061 de Clostridium autoethanogenum se obtuvo de DSMZ (The Germán Collection of Microorganisms and Cell Cultures, InhoffenstraBe 7 B, 38124 Braunschweig, Alemania). Clostridium autoethanogenum DSM10061 was obtained from DSMZ (The German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, InhoffenstraBe 7 B, 38124 Braunschweig, Germany).

El medio PETC-MES sin YE se complementó con varias formulaciones de aminoácidos: 20AA, 7AA, 8AA, 14AA, 12AA, 4AA y Arginina (Tabla 2), para identificar si algún aminoácido está apoyando el crecimiento. Las soluciones se esterilizaron por filtración y se hicieron anóxicas rociando N2.PETC-MES medium without YE was supplemented with various amino acid formulations: 20AA, 7AA, 8AA, 14AA, 12AA, 4AA and Arginine (Table 2), to identify if any amino acid is supporting growth. Solutions were filter sterilized and made anoxic by sparging with N2.

Primero, se diseñó un medio de 20AA basado en la composición de aminoácidos de la biomasa de Clostridium acetobutylicum (Lee et al. 2008) con concentraciones finales de aminoácidos que apoyan teóricamente la producción de 1 g PCS/l de biomasa.First, a 20AA medium was designed based on the amino acid composition of Clostridium acetobutylicum biomass (Lee et al. 2008) with final amino acid concentrations that theoretically support the production of 1 g PCS/l biomass.

Los estudios de crecimiento se llevaron a cabo en cultivos discontinuos en un volumen de 50 ml de medio en botellas de suero de 125 ml con nitrógeno en el espacio libre superior con agitación (a menos que se indique otra cosa) a 37 °C. La densidad óptica (DO) se midió a 600 nm con una lectura de ~0,5 fuera de la cámara anaeróbica frente a un medio completamente oxidado como referencia.Growth studies were carried out in batch cultures in 50 mL volume of medium in 125 mL nitrogen headspace serum bottles with shaking (unless otherwise noted) at 37°C. Optical density (OD) was measured at 600nm with a reading of ~0.5 outside the anaerobic chamber against fully oxidized medium as reference.

Ácidos orgánicos, fructosa y aminoácidos analizados mediante HPLC. Análisis Los ácidos orgánicos, hidratos de carbono y alcoholes se cuantificaron mediante cromatografía de exclusión iónica con un sistema de HPLC Agilent 1200 y una columna Agilent Hiplex H (300 *7,7 mm, PL1170-6830) con precolumna (SecurityGuard Carbo-H, Phenomenex PN: AJO-4490). En general, se controlaron los azúcares y los alcoholes con un detector de índice de refracción (Agilent RID, G1362A) ajustado en polaridad positiva y temperatura de la unidad óptica de 40 °C, mientras que los ácidos orgánicos se controlan a 210 nm (Agilent MWD, G1365B) y/o con un detector de índice de refracción. Se inyectaron 30 pl de muestra en la columna usando un inyector automático (Agilent HiPALS, G1367B) y la temperatura de la columna se mantuvo a 65 °C usando un compartimiento de columna termostatizado (Agilent TCC, G1316A). Los analitos se eluyeron de manera isocrática con H2SO44 mM a 0,6 ml/min durante 26 min. La fructosa, la sacarosa y la glucosa se analizaron por separado a una temperatura de columna de 15 °C y utilizando agua de alta pureza (18,2 MQ-cm) como fase móvil y se eluyeron de manera isocrática a 0,4 ml/min durante 21 min. Los cromatogramas se integraron usando ChemStation (Dietmair S., Timmins N. E., Gray P. P., Nielsen L. K., Kromer J. O.: Towards quantitative metabolomics of mammalian cells: development of a metabolite extraction protocol. Analytical biochemistry 2010, 404:155-164). Los aminoácidos se midieron y cuantificaron como se describe anteriormente (R. B. McQualter, C. Bellasio, L. K. Gebbie, L. A. Petrasovits, R. W. Palfreyman, M. P. Hodson, M. R. Plan, D. M. Blackman, S. M. Brumbley y L. K. Nielsen, Plant Biotechnol. J., 2015).Organic acids, fructose and amino acids analyzed by HPLC. Analysis Organic acids, carbohydrates and alcohols were quantified by ion exclusion chromatography with an Agilent 1200 HPLC system and an Agilent Hiplex H column (300 *7.7 mm, PL1170-6830) with precolumn (SecurityGuard Carbo-H, Phenomenex PN: AJO-4490). In general, sugars and alcohols were monitored with a refractive index detector (Agilent RID, G1362A) set to positive polarity and optical unit temperature of 40 °C, while organic acids are monitored at 210 nm (Agilent RID, G1362A). MWD, G1365B) and/or with a refractive index detector. 30 µl of sample was injected onto the column using an autosampler (Agilent HiPALS, G1367B) and the column temperature was maintained at 65°C using a thermostatted column compartment (Agilent TCC, G1316A). The analytes were eluted isocratically with H2SO44 mM at 0.6 mL/min for 26 min. Fructose, sucrose and glucose were analyzed separately at a column temperature of 15 °C and using high purity water (18.2 MQ-cm) as mobile phase and eluted isocratically at 0.4 ml/cm. min for 21 min. Chromatograms were integrated using ChemStation (Dietmair S., Timmins N. E., Gray P. P., Nielsen L. K., Kromer J. O.: Towards quantitative metabolomics of mammalian cells: development of a metabolite extraction protocol. Analytical biochemistry 2010, 404:155-164). Amino acids were measured and quantified as previously described (R. B. McQualter, C. Bellasio, L. K. Gebbie, L. A. Petrasovits, R. W. Palfreyman, M. P. Hodson, M. R. Plan, D. M. Blackman, S. M. Brumbley, and L. K. Nielsen, Plant Biotechnol. J., 2015) .

Aunque la DO máxima alcanzada en el medio de 20AA fue ligeramente inferior (~20 %) que en el extracto de levadura, se observó un crecimiento igualmente rápido (tiempo de duplicación tD = ~9 h; tasa de crecimiento p = 0,077) al inicio del muestreo (Figura 1).Although the maximum OD achieved in the 20AA medium was slightly lower (~20%) than in the yeast extract, equally rapid growth (doubling time tD = ~9 h; growth rate p = 0.077) was observed at baseline. of sampling (Figure 1).

El análisis de AA mostró de manera sorprendente una utilización preferida y rápida de los AA aspartato, glutamato, serina, histidina y treonina (Figura 2). La arginina se agotó rápidamente de los medios. Más importante aún, la serina y la treonina se consumieron en >6 veces y el aspartato, el glutamato, la histidina y la arginina >20 veces más que los rendimientos necesarios para la producción de biomasa, lo que indica su utilización para fines distintos de la incorporación a la biomasa. De manera destacable, la acumulación de alanina, en lugar de su consumo, se observó en ambos medios durante el crecimiento. Basándose en estos resultados, se diseñaron medios posteriores con concentraciones 2 y 4 veces superiores para obtener un medio más mínimo, un crecimiento más rápido y una mayor DO: el medio de 14AA mediante la omisión de seis AA que no se consumían en absoluto o se consumían lentamente y el medio de 8AA mediante la reducción aún más de los aminoácidos.AA analysis surprisingly showed a preferential and rapid utilization of aspartate, glutamate, serine, histidine and threonine AAs (FIG. 2). Arginine was rapidly depleted from the media. More importantly, serine and threonine were consumed >6-fold and aspartate, glutamate, histidine and arginine >20-fold more than the yields needed for biomass production, indicating their use for purposes other than incorporation into biomass. Remarkably, alanine accumulation, rather than consumption, was observed in both media during growth. Based on these results, subsequent media with 2- and 4-fold higher concentrations were designed for minimal media, faster growth, and higher OD: 14AA media by omitting six AAs that were either not consumed at all or they slowly and medium consumed 8AA by further reducing the amino acids.

En medio de 14AA con concentraciones de AA 4* aumentadas, se logró una DO máxima más elevada en comparación con el crecimiento en el extracto de levadura (Figura 3). Cabe destacar que, la DO máxima alcanzada en el medio de 8AA coincidió con la del medio de 20AA, lo que demuestra que una formulación de AA más mínima puede soportar un buen crecimiento. El aumento de las concentraciones de AA tuvo un efecto positivo en el tiempo de duplicación: se logró un crecimiento más rápido e igualmente rápido en medios de 14AA y 8Aa, respectivamente, en comparación con el extracto de levadura y el medio de 20AA (Figura 4).In 14AA medium with increased 4*AA concentrations, a higher maximum OD was achieved compared to growth in yeast extract (Figure 3). Notably, the maximum OD achieved in the 8AA medium matched that of the 20AA medium, showing that a more minimal AA formulation can support good growth. Increasing AA concentrations had a positive effect on doubling time: faster and equally fast growth was achieved in 14AA and 8Aa media, respectively, compared to yeast extract and 20AA medium (Figure 4). ).

El análisis de AA confirmó los hallazgos anteriores y destacó aún más la importancia de los AA aspartato, glutamato, histidina y arginina (Figura 5 y figura 6). De manera destacable, la arginina fue el aminoácido más preferido ya que ya estaba agotado en la DO = 0,24. Entre los otros AA, la serina y la treonina se utilizaron más rápido. De nuevo, se observó una acumulación significativa de alanina en ambos medios. De manera interesante, también se produjo ornitina. El aspartato, el glutamato, la histidina y la arginina se consumieron en rendimientos >10 veces más a los necesarios para la producción de biomasa, lo que indica su uso para la generación de energía.AA analysis confirmed the previous findings and further highlighted the importance of the AAs aspartate, glutamate, histidine, and arginine (Figure 5 and Figure 6). Notably, arginine was the most preferred amino acid as it was already depleted at OD=0.24. Among the other AAs, serine and threonine were used the fastest. Again, a significant accumulation of alanine was observed in both media. Interestingly, ornithine was also produced. Aspartate, glutamate, histidine, and arginine were consumed in yields >10 times higher than those required for biomass production, indicating their use for energy generation.

Basándose en estos resultados, se diseñaron dos medios posteriores para obtener un crecimiento más rápido: un medio de 12AA que omitía la glutamina y el triptófano del medio de 14AA y aumentaba las concentraciones de serina, treonina y cisteína 8 veces y un medio que consiste solo en los 4 Aa identificados aspartato, glutamato, histidina y arginina a 80 veces en comparación con el medio de 20AA (2 y 20 veces en comparación con el medio de 14AA); el medio de 4AA que contiene solo los "4 AA top" aspartato, glutamato, histidina y arginina a concentraciones 80 veces superiores en comparación con el medio de 20AA.Based on these results, two subsequent media were designed to obtain faster growth: a 12AA medium that omitted glutamine and tryptophan from the 14AA medium and increased serine, threonine, and cysteine concentrations 8-fold, and a medium consisting of only in the 4 Aa identified aspartate, glutamate, histidine and arginine at 80 times compared to the 20AA medium (2 and 20 times compared to the 14AA medium); the 4AA medium containing only the "top 4 AAs" aspartate, glutamate, histidine, and arginine at concentrations 80 times higher compared to the 20AA medium.

El diseño del medio de 4AA admitió una DO máxima más elevada que la del medio de 12AA y coincidió con la DO máxima obtenida en el extracto de levadura y el medio de 20AA (Figura 7). Tanto en medios de 4AA como de 12AA, se midió el crecimiento rápido - tD~2,5 h - hasta una DO ~0,3, después de lo cual el crecimiento se desaceleró. Es importante tener en cuenta que el tD ~2,5 h logrado es ~4 veces más rápido en comparación con la complementación con 1 g/l de extracto de levadura como se utiliza comúnmente.The 4AA medium design allowed a higher maximum OD than the 12AA medium and matched the maximum OD obtained in the yeast extract and the 20AA medium (Figure 7). In both 4AA and 12AA media, rapid growth was measured - tD ~2.5 h - up to OD ~0.3, after which growth slowed. It is important to note that the ~2.5 hr tD achieved is ~4 times faster compared to supplementation with 1 g/L yeast extract as commonly used.

El rápido crecimiento inicial seguido de una desaceleración puede explicarse por el agotamiento de la arginina. A partir de los datos de análisis de AA del medio de 12AA, se puede ver que la arginina es el AA preferido y se agotó por completo en la DO = 0,37 (Figura 8). Estos datos también indican que la arginina aumenta fuertemente el crecimiento junto con el glutamato, el aspartato y la histidina al soportar un tD ~2,5 h como se midió entre DO 0,1 y 0,3 mientras que el crecimiento se ralentizó después de que la arginina se agotó entre DO 0,3 y 0,37. Se observó acumulación simultánea de ornitina. Nuevamente se detectó una acumulación significativa de alanina.The initial rapid growth followed by a slowdown can be explained by arginine depletion. From the AA analysis data of the 12AA medium, it can be seen that arginine is the preferred AA and was completely depleted at OD = 0.37 (FIG. 8). These data also indicate that arginine strongly enhances growth along with glutamate, aspartate, and histidine by supporting tD ~2.5 h as measured between OD 0.1 and 0.3 while growth slowed after . that arginine was depleted between OD 0.3 and 0.37. Simultaneous accumulation of ornithine was observed. Again a significant accumulation of alanine was detected.

La desaceleración del crecimiento después del agotamiento de la arginina también es evidente en el medio de 4AA (Figura 9). Además de ornitina, también se detectó acumulación de citrulina durante el catabolismo de arginina. Además de la acumulación de alanina, por primera vez se acumularon cantidades pequeñas (~0,3 mM) de lisina y valina, mientras que también un máximo desconocido (tiempo de retención de 8,3 min) mostró áreas de máximos crecientes.Growth deceleration after arginine depletion is also evident in 4AA medium (FIG. 9). In addition to ornithine, citrulline accumulation was also detected during arginine catabolism. In addition to alanine accumulation, small amounts (~0.3 mM) of lysine and valine accumulated for the first time, while also an unknown maximum (8.3 min retention time) showed areas of increasing maxima.

Como el rápido crecimiento inicial fue inesperado, solo se podrían utilizar un par de muestras para calcular el tD. Por lo tanto, se conectó un dispositivo de control de biomasa BugLab a una botella de suero en medio de 4AA para controlar de manera continua el aumento de biomasa antes de que se agote la arginina del medio. Este experimento confirmó el rápido crecimiento en 4AA antes del agotamiento de la arginina, ya que se calculó que el tD era ~2 h (Figura 10).Since the initial rapid growth was unexpected, only a couple of samples could be used to calculate the tD. Therefore, a BugLab biomass monitoring device was attached to a serum bottle in 4AA medium to continuously monitor the biomass increase before the medium was depleted of arginine. This experiment confirmed the rapid growth in 4AA before arginine depletion, as the tD was calculated to be ~2h (FIG. 10).

Incluso la complementación con arginina sola dio como resultado un crecimiento muy bueno con una DO máxima igualmente elevada que en medio de 4AA y extracto de levadura. El crecimiento de DSM10061 de C. autoethanogenum en medio PETC-MES sin YE con 5 g de arginina/l 5 g de fructosa/l dio como resultado un crecimiento inicial rápido desde el principio (tD aproximado 3 h) seguido de un crecimiento más lento en la segunda etapa después del agotamiento de la arginina (tD~40 h) (Figura 11).Even supplementation with arginine alone resulted in very good growth with equally high maximum OD than in 4AA medium and yeast extract. Growth of C. autoethanogenum DSM10061 in PETC-MES medium without YE with 5 g arginine/l 5 g fructose/l resulted in rapid initial growth early on (approximate tD 3 h) followed by slower growth in the second stage after arginine depletion (tD~40 h) (FIG. 11).

Sorprendentemente, durante la fase inicial de rápido crecimiento, se produce poco acetato. La producción de acetato vuelve a estar ligada al crecimiento de la segunda fase de crecimiento más lento (Figura 12).Surprisingly, during the initial phase of rapid growth, little acetate is produced. Acetate production is again linked to the growth of the slower growing second phase (Figure 12).

La figura 13 muestra la rápida utilización de la arginina. Además de la acumulación de alanina, se produjeron cantidades pequeñas (~0,5 mM) de lisina y valina de forma similar al medio de 4AA. El mismo máximo desconocido (tiempo de retención de 8,3 min) observado en el medio de 4AA mostró áreas de máximos crecientes después del agotamiento de la arginina.Figure 13 shows the rapid utilization of arginine. In addition to alanine accumulation, small amounts (~0.5 mM) of lysine and valine were produced similarly to the 4AA medium. The same unknown maximum (8.3 min retention time) observed in the 4AA medium showed areas of increasing maxima after arginine depletion.

Para obtener un valor más preciso del tD en el medio de Arginina, se realizó un experimento BugLab para controlar de manera continua el aumento de biomasa antes de que se agote la arginina. Este experimento confirmó el rápido crecimiento antes de que se agote la arginina, ya que se calculó que el tD era ~3 h (Figura 14). En la figura 15 se muestra un crecimiento más rápido en Arginina en comparación con el extracto de levadura.To obtain a more accurate value of tD in Arginine medium, a BugLab experiment was performed to continuously monitor biomass increase before arginine depletion. This experiment confirmed rapid growth before arginine depletion, as the tD was calculated to be ~3 h (FIG. 14). Faster growth on Arginine compared to yeast extract is shown in Figure 15.

Ejemplo 2Example 2

Crecimiento autótrofo mejorado con complementos de argininaEnhanced autotrophic growth with arginine supplementation

Este ejemplo demuestra una mayor tasa de crecimiento específico y una menor producción de acetato para el acetógeno DSM23693 de Clostridium autoethanogenum en crecimiento autótrofo cuando se complementa con arginina.This example demonstrates a higher specific growth rate and lower acetate production for autotrophically growing Clostridium autoethanogenum acetogen DSM23693 when supplemented with arginine.

DSM23693 de Clostridium autoethanogenum (un derivado de DSM10061 de Clostridium autoethanogenum; patente de EE. UU. 2013/0217096) se obtuvo de dSmZ (The German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, InhoffenstraBe 7 B, 38124 Braunschweig, Alemania). Clostridium autoethanogenum DSM23693 (a derivative of Clostridium autoethanogenum DSM10061 ; US Patent 2013/0217096) was obtained from d S m Z (The German Collection of Microorganisms and Cell Cultures, InhoffenstraBe 7 B, 38124 Braunschweig, Germany).

El crecimiento se llevó a cabo en medio PETC-MES sin extracto de levadura (Tabla 1) usando técnicas anaerobias convencionales (Hungate, Meth Microbiol, 3B: 117-132, 1969; Wolfe, Adv Microb Physiol, 6: 107-146, 1971) y 151,68 kPa (22 psi) de presión del espacio libre superior de la mezcla de gases CO/CO2/H2 (composición: CO al 50 %, CO2 al 20 %, H2 al 2 %, N2 al 28 %).Growth was carried out in PETC-MES medium without yeast extract (Table 1) using standard anaerobic techniques (Hungate, Meth Microbiol, 3B: 117-132, 1969; Wolfe, Adv Microb Physiol, 6: 107-146, 1971 ) and 151.68 kPa (22 psi) headspace pressure of the CO/CO2/H2 gas mixture (composition: 50% CO, 20% CO2, 2% H2, 28% N2).

Para estudiar el efecto de la complementación con arginina, se añadieron 5 g/l de arginina al medio y se comparó el crecimiento del cultivo y la producción de metabolitos durante el crecimiento autótrofo con el control sin arginina. To study the effect of arginine supplementation, 5 g/l arginine was added to the medium and culture growth and metabolite production during autotrophic growth were compared with the control without arginine.

Se siguió el crecimiento mediante la medición de la densidad óptica con un espectrofotómetro Thermo Genesys 20. Los metabolitos acetato (ácido acético), etanol, 2,3-butanodiol o ácido láctico se midieron mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) en un LC Agilent con detección del índice de refracción (IR) a 35 °C. Las muestras se prepararon mediante la dilución de 400 j l con 100 j l de solución de ácido 5-sulfosalicílico (1 % p/v en ácido sulfúrico 1 M), seguido de una centrifugación de 3 minutos a 14.000 rpm; el sobrenadante se transfirió a un frasco de vidrio para su análisis. La separación se llevó a cabo con una inyección de 10 j l en una columna Alltech IOA-2000 (150 mm x 6,5 mm *8 Jim) a 0,7 ml/min y 65 °C en condiciones isocráticas, usando una fase móvil de ácido sulfúrico 5 mM.Growth was followed by optical density measurement with a Thermo Genesys 20 spectrophotometer. Acetate (acetic acid), ethanol, 2,3-butanediol or lactic acid metabolites were measured by high performance liquid chromatography (HPLC) on an LC Agilent with refractive index (RI) detection at 35°C. Samples were prepared by diluting 400 μl with 100 μl of 5-sulfosalicylic acid solution (1% w/v in 1M sulfuric acid), followed by 3 min centrifugation at 14,000 rpm; the supernatant was transferred to a glass bottle for analysis. The separation was carried out with a 10 j l injection on an Alltech IOA-2000 column (150 mm x 6.5 mm *8 Jim) at 0.7 ml/min and 65 °C under isocratic conditions, using a mobile phase. of 5 mM sulfuric acid.

El experimento se llevó a cabo en dos repeticiones biológicas con cultivos por triplicado (n = 3) para cada condición en un volumen de 40 ml de medio en botellas Schott de 1 l a 37 °C con agitación orbital (120 rpm, agitación orbital). En cada caso, la cepa acetogénica DSM23693 de C. autoethanogenum se cultivó previamente en PETC-MES sin extracto de levadura a una DO 600 nm de 0,3 y se utilizó un solo precultivo para la inoculación.The experiment was carried out in two biological replicates with cultures in triplicate (n = 3) for each condition in a volume of 40 ml of medium in 1 L Schott bottles at 37 °C with orbital shaking (120 rpm, orbital shaking). In each case, the acetogenic C. autoethanogenum strain DSM23693 was pre-cultured in PETC-MES without yeast extract to an OD 600 nm of 0.3 and a single preculture was used for inoculation.

En el primer experimento a las siguientes condiciones: PETC-MES sin extracto de levadura gas de síntesis a 151,68 kPa (22 psi) (DO600 nm inicial = 0,005) y PETC-MES sin extracto de levadura gas de síntesis a 151,68 kPa (22 psi) 5 g de arginina/l (DO600 nm inicial = 0,005).In the first experiment at the following conditions: PETC-MES without yeast extract syngas at 151.68 kPa (22 psi) (initial OD600nm = 0.005) and PETC-MES without yeast extract syngas at 151.68 kPa (22 psi) 5 g arginine/L (initial OD 600 nm = 0.005).

En la repetición del experimento, también se inoculó un cultivo en medio complementado con arginina pero sin la adición de gas CO/CO2/H2 (151,68 kPa (22 psi) de N2 al 100 % como espacio libre superior). Este experimento comprendió las siguientes tres condiciones: PETC-MES sin extracto de levadura gas de síntesis a 151,68 kPa (22 psi) (DO600 nm inicial = 0,03), PETC-MES sin extracto de levadura gas de síntesis a 151,68 kPa (22 psi) 5 g de arginina/l (DO600 nm inicial = 0,003) y PETC-MES sin extracto de levadura 5 g de arginina/l (DO600 nm inicial = 0,003). Los medios que contenían arginina se inocularon a una densidad inicial más baja que los medios sin arginina para adaptarse a la tasa de crecimiento específica sorprendentemente aumentada con arginina observada en el primer experimento.In the repeat experiment, a culture was also inoculated in medium supplemented with arginine but without the addition of CO/CO2/H2 gas (100% N2 as headspace). This experiment comprised the following three conditions: PETC-MES without yeast extract syngas at 151.68 kPa (22 psi) (initial OD600nm = 0.03), PETC-MES without yeast extract syngas at 151, 68 kPa (22 psi) 5 g arginine/L (initial OD 600 nm = 0.003) and PETC-MES without yeast extract 5 g arginine/L (initial OD 600 nm = 0.003). Media containing arginine were inoculated at a lower initial density than media without arginine to accommodate the surprisingly increased specific growth rate with arginine observed in the first experiment.

En ambos experimentos, los cultivos con arginina crecieron de manera sorprendente rápida (4 duplicaciones en <15 h correspondientes a un tiempo de duplicación de tD = 3,5 h y una tasa de crecimiento específica j = 0,198) hasta una DO600 nm “ 0,8, mientras que el crecimiento del control fue mucho más lento, con un tiempo de duplicación tD = 7,3 h y una tasa de crecimiento específica j = 0,095 (Figuras 16 y 17). La complementación con arginina disminuyó el tiempo de duplicación y aumentó la tasa de crecimiento específico del cultivo durante el crecimiento autótrofo, por lo tanto, en más del 50 %.In both experiments, the arginine cultures grew surprisingly fast (4 doublings in <15 h corresponding to a doubling time of tD = 3.5 h and a specific growth rate j = 0.198) to an OD600 nm “0.8 , while the growth of the control was much slower, with a doubling time tD = 7.3 h and a specific growth rate j = 0.095 (Figures 16 and 17). Arginine supplementation decreased the doubling time and increased the culture-specific growth rate during autotrophic growth, thus by more than 50%.

Una gráfica transformada logarítmicamente del crecimiento autótrofo de C. autoethanogenum demuestra claramente la disminución del tiempo de duplicación de la complementación con arginina (Figura 18). Los tiempos de duplicación calculados son tD = 7,3 h ± 0,2 para crecimiento autótrofo sin complementación con arginina y tD = 3,5 h ± 0,2 con complemento de arginina, una disminución del 52 %.A log-transformed plot of autotrophic growth of C. autoethanogenum clearly demonstrates the decrease in arginine complementation doubling time (FIG. 18). The calculated doubling times are tD = 7.3 hrs ± 0.2 for autotrophic growth without arginine supplementation and tD = 3.5 hrs ± 0.2 with arginine supplementation, a 52% decrease.

Con y sin arginina, los cultivos alcanzaron la misma densidad final durante el crecimiento autótrofo, lo que indica que la arginina no se utilizó como fuente de carbono sino que solo sirvió para aumentar la tasa de crecimiento específica (Figuras 16 y 17). Esto también se confirmó en el cultivo donde no se suministró gas, no se observó crecimiento en 48 horas en cultivos complementados con arginina pero sin la mezcla de gases CO/CO2/H2 (Figura 17). Esto apoya la hipótesis de que la arginina no se utiliza como fuente de carbono en estas condiciones, sino que es el CO/CO2 el que se utiliza como fuente de carbono y el ATP se suministra por el metabolismo de la arginina.With and without arginine, the cultures reached the same final density during autotrophic growth, indicating that arginine was not used as a carbon source but only served to increase the specific growth rate (Figures 16 and 17). This was also confirmed in the culture where no gas was supplied, no growth was observed within 48 hours in cultures supplemented with arginine but without the CO/CO2/H2 gas mixture (FIG. 17). This supports the hypothesis that arginine is not used as a carbon source under these conditions, but instead CO/CO2 is used as a carbon source and ATP is supplied by arginine metabolism.

El crecimiento autótrofo de acetógenos suele estar relacionado con la producción de acetato (ácido acético), a medida que la formación de acetato genera ATP a través de la fosforilación a nivel de sustrato en la reacción de acetato cinasa que es esencial para el crecimiento. Como tal, se encontró que todos los acetógenos aislados hasta la fecha producen acetato. Sin embargo, la formación de acetato no es deseable desde la perspectiva del proceso, ya que desvía el carbono de los productos diana y se sabe que es tóxico para los microorganismos ya en bajas concentraciones de un pequeño porcentaje (J. Ballongue, E. Masion, J. Amine, H. Petitdemange y R. Gay, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1987, 26, 568-573; G. Wang y D. I. Wang, Appl. Environ. Microbiol., 1984, 47, 294-8). En el medio de crecimiento complementado con 5 g de arginina/l, sorprendentemente, no se observó producción neta de acetato hasta la pausa en el crecimiento en DO600 nm “ 0,8 solo en esta etapa se produjo acetato (Figura 19). Los resultados de este conjunto de experimentos sugieren que C. autoethanogenum puede utilizar arginina para producir ATP para el crecimiento y, por lo tanto, no necesita producir acetato cuando se suministra arginina.Autotrophic growth of acetogens is usually related to acetate (acetic acid) production, as acetate formation generates ATP through substrate-level phosphorylation in the acetate kinase reaction that is essential for growth. As such, all acetogens isolated to date were found to produce acetate. However, acetate formation is undesirable from a process perspective as it diverts carbon away from target products and is known to be toxic to microorganisms already at low concentrations of a few percent (J. Ballongue, E. Masion , J. Amine, H. Petitdemange and R. Gay, Appl. Microbiol. Biotechnol., 1987, 26, 568-573; G. Wang and DI Wang, Appl. Environ. Microbiol., 1984, 47, 294-8) . In the growth medium supplemented with 5 g arginine/l, surprisingly, no net acetate production was observed until the pause in growth at OD 600 nm ≤ 0.8 only at this stage was acetate produced (FIG. 19). The results of this set of experiments suggest that C. autoethanogenum can use arginine to produce ATP for growth and therefore does not need to produce acetate when arginine is supplied.

Ejemplo 3Example 3

Identificación y optimización de las rutas de utilización de argininaIdentification and optimization of arginine utilization pathways

Este ejemplo demuestra cómo la arginina proporciona ATP adicional para la célula y puede alimentar el metabolismo central de los acetógenos.This example demonstrates how arginine provides additional ATP for the cell and can fuel central metabolism of acetogens.

Como se demuestra en el ejemplo 1, la arginina se convierte de manera estequiométrica en ornitina. También se observó acumulación de citrulina en algunos puntos temporales. Sin desear quedar ligados a esta teoría, esta observación implica la ruta de la arginina desiminasa como mecanismo.As demonstrated in Example 1, arginine converts stoichiometrically to ornithine. I also know Citrulline accumulation was observed at some time points. Without wishing to be bound by theory, this observation implicates the arginine deiminase pathway as the mechanism.

Esta ruta convertiría la arginina en ornitina, amonio, ATP y CO2. El crecimiento mejorado se facilitaría mediante el suministro de ATP y amonio de la degradación de arginina. Este suministro de ATP también elimina la necesidad de acetógenos para producir acetato.This pathway would convert arginine to ornithine, ammonia, ATP, and CO2. Enhanced growth would be facilitated by supplying ATP and ammonium from arginine degradation. This supply of ATP also eliminates the need for acetogens to make acetate.

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La ruta de la arginina desiminasa procede a través de tres etapas enzimáticas, catalizadas por arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (putrescina carbamoiltransferasa) (EC 2.1.3.3) y una carbamato cinasa (EC 2.7.2.2). Se han identificado enzimas respectivas (incluidos dos genes/enzimas transportadores de arginina/ornitina) en el genoma de C. autoethanogenum, la ornitina carbamoiltransferasa y la carbamato cinasa están presentes en múltiples copias (Tabla 4). Las enzimas que pueden catalizar las mismas reacciones también están presentes en otros organismos, incluidos muchos acetógenos que incluyen C. Ijungdahlii, C. scatologenes, C. drakei y Acetonema longum (Tabla 5). Esta ruta también está presente en C.stricklandii o E. coli. The arginine deiminase pathway proceeds through three enzymatic steps, catalyzed by arginine deiminase (EC 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (putrescine carbamoyltransferase) (EC 2.1.3.3), and a carbamate kinase (EC 2.7.2.2). Respective enzymes (including two arginine/ornithine transporter genes/enzymes) have been identified in the genome of C. autoethanogenum, ornithine carbamoyltransferase and carbamate kinase are present in multiple copies (Table 4). Enzymes that can catalyze the same reactions are also present in other organisms, including many acetogens including C. Ijungdahlii, C. scatologenes, C. drakei, and Acetonema longum (Table 5). This pathway is also present in C.stricklandii or E. coli.

Tabla 4: Genes/enzimas identificados de la ruta de la ar inina desiminasa en C. autoethano enum Table 4: Identified genes/enzymes of the ar inine deiminase pathway in C. autoethano enum

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Tabla 5: Genes/enzimas identificados de la ruta de la desiminasa en otros or anismosTable 5: Identified genes/enzymes of the deiminase pathway in other organisms

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(continuación)(continuation)

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Para aumentar el rendimiento, en particular, si se observa acumulación de productos intermedios como la citrulina, de la ruta, los genes respectivos se den sobreexpresar o los genes de otras fuentes se pueden introducir y expresar de manera heteróloga por un experto en la materia utilizando métodos descritos anteriormente [Documentos US 2013/344547, US 2013/330809, US 2013/323820, US 2013/224838, US 2013/224839, US 2011/256600, US 2011/236941.To increase the yield, in particular, if accumulation of intermediates such as citrulline, of the pathway is observed, the respective genes become overexpressed or genes from other sources can be introduced and expressed heterologously by one skilled in the art using methods described above [US 2013/344547, US 2013/330809, US 2013/323820, US 2013/224838, US 2013/224839, US 2011/256600, US 2011/236941.

La propia ornitina se puede convertir además en alanina, que se ha demostrado que se acumula también en el ejemplo 1. Esta conversión también genera equivalentes reductores adicionales NADp (H), así como otra molécula de amoníaco y el bloque de construcción fundamental acetil-CoA de CoA.Ornithine itself can be further converted to alanine, which has been shown to accumulate in Example 1 as well. This conversion also generates additional reducing equivalents NAD p (H), as well as another ammonia molecule and the fundamental building block acetyl- CoA of CoA.

Como se muestra en la figura 23, la conversión de ornitina en alanina y acetil-CoA se realiza a través de etapas enzimáticas ornitina racemasa (EC 5.1.1.12), ornitina aminomutasa (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoato deshidrogenasa (EC 1.4.1.12) y 2-amino-4-oxopentanoato tiolasa (EC 2.3.1.B10). Las enzimas respectivas se han descrito, por ejemplo, a partir de Clostridium sticklandii o se han identificado muestras ambientales y homólogos en C. autoethanogenum (Tabla 6).As shown in Figure 23, the conversion of ornithine to alanine and acetyl-CoA occurs through enzymatic steps ornithine racemase (EC 5.1.1.12), ornithine aminomutase (EC 5.4.3.5), 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase ( EC 1.4.1.12) and 2-amino-4-oxopentanoate thiolase (EC 2.3.1.B10). The respective enzymes have been described, for example, from Clostridium sticklandii or environmental samples and homologues have been identified in C. autoethanogenum (Table 6).

Tabla 6: Genes/enzimas identificados de la ruta de conversión de ornitina a alanina y acetil-CoA de Table 6: Identified genes/enzymes of the ornithine to alanine and acetyl-CoA conversion pathway of C.c.

sticklandii sticklandii o muestras ambientales homólo os de or homologous environmental samples of C. autoethano enum.C. autoethane enum.

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continuacióncontinuation

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Para aumentar el rendimiento de la ruta, en particular porque se observó acumulación de ornitina, los genes respectivos de C. autoethanogenum se pueden sobreexpresar o los genes de C. sticklandii o las muestras ambientales de la tabla 6 se pueden introducir y expresar de manera heteróloga por un experto en la materia utilizando los métodos descritos anteriormente (Documentos W2012/053905, WO2012/115527, WO2013/180584). El organismo también puede adaptarse y evolucionar para utilizar la ornitina de manera más eficaz si se adapta para crecer con arginina a lo largo del tiempo.To increase the yield of the pathway, particularly since ornithine accumulation was observed, the respective genes from C. autoethanogenum can be overexpressed or genes from C. sticklandii or environmental samples from Table 6 can be introduced and expressed heterologously. by a person skilled in the art using the methods described above (W2012/053905, WO2012/115527, WO2013/180584). The body can also adapt and evolve to use ornithine more efficiently if it adapts to grow with arginine over time.

Para lograr el flujo en la ruta, también puede ser necesario inactivar el transportador de arginina:ornitina (CAETHG_3023-24) para evitar que la ornitina se exporte fuera de la célula. Dichas inactivaciones se pueden lograr por alguien experto en la materia utilizando los métodos descritos anteriormente (Documentos W2012/053905, WO2012/115527, y WO2013/180584). Además, puede ser necesario añadir un transportador de arginina alternativo. Un enfoque alternativo para inactivar el transportador de arginina:ornitina podría ser introducir un importador de ornitina, para que la ornitina se pueda metabolizar aún más.To achieve flux in the pathway, it may also be necessary to inactivate the arginine:ornithine transporter (CAETHG_3023-24) to prevent ornithine from being exported out of the cell. Said inactivations can be achieved by one skilled in the art using the methods described above (W2012/053905, WO2012/115527, and WO2013/180584). In addition, it may be necessary to add an alternative arginine transporter. An alternative approach to inactivating the arginine:ornithine transporter could be to introduce an ornithine importer, so that ornithine can be further metabolized.

Las rutas identificadas también se simularon en una reconstrucción del modelo a escala del genoma para mostrar el efecto del metabolismo y confirmar las rutas identificadas.The identified pathways were also simulated in a genome-scale model reconstruction to show the effect of metabolism and confirm the identified pathways.

Una reconstrucción metabólica a escala del genoma para C. autoethanogenum se generó en base a métodos publicados (L.-E. Quek y L. K. Nielsen, Genome Inform., 2008, 21, 89-100; C. G. de Oliveira Dal'Molin, L.-E. Quek, R. W. Palfreyman, S. M. Brumbley y L. K. Nielsen, Plant Physiol., 2010, 152, 579-89; C. Licona-Cassani, E. Marcellin, L.-E. Quek, S. Jacob y L. K. Nielsen, Antonie Van Leeuwenhoek, 2012, 102, 493-502.). El núcleo del modelo a escala del genoma se reconstruyó utilizando la línea de anotación del modelo SEED (C. S. Henry, M. DeJongh, A. A. Best, P. M. Frybarger, B. Linsay y R. L. Stevens, Nat. Biotechnol., 2010, 28, 977-82). La reconstrucción retuvo todos los atributos de reacción del modelo SEED, incluidas las reacciones únicas, los identificadores de compuestos y la reversibilidad de las reacciones. El modelo se completó de manera manual en Excel (Microsoft Corporation) para facilitar la anotación y el comentario, en particular, se seleccionaron de manera manual el metabolismo central y las rutas de utilización de arginina identificadas anteriormente. A partir de esta base de datos centrada en genes, se generó una representación SBML (System Biology Markup Language, http://www.sbml.org) centrada en la reacción 2D utilizando una aplicación Java (Oracle Corporation). El análisis y la reconstrucción basada en restricciones se realizaron con la caja de herramientas COBRA (http://opencobra.sourceforge.net/) (J. Schellenberger, R. Que, R. M. T. Fleming, I. Thiele, J. D. Orth, A. M. Feist, D. C. Zielinski, A. Bordbar, N. E. Lewis, S. Rahmanian, J. Kang, D. R. Hyduke y B. 0. Palsson, Nat. Protoc., 2011, 6, 1290-307). Un conjunto de scripts para el modelado basado en restricciones que se ejecutan dentro del entorno MATLAB. Se utilizó un análisis de balance de flujo (Orth et al., 2010) para predecir los nutrientes esenciales para el crecimiento y se realizó un análisis de precio sombra para investigar los efectos beneficiosos de los aminoácidos (AA) en Clostridium autoethanogenum, y determinar qué AA tienen el mayor impacto en la producción de ATP. El análisis de balance de flujo (FBA, del inglés "Flux balance analysis") se ha utilizado para predecir los nutrientes esenciales para el crecimiento (Fan et al., 2014; Song et al., 2008), los efectos de la complementación con AA en la síntesis del producto diana (Licona-Cassani et al., 2012) y junto con el análisis de precios sombra (Hillier y Lieberman, 2010) para determinar los sustratos que tienen el mayor efecto en la producción de ATP (Teusink et al., 2006).A genome-wide metabolic reconstruction for C. autoethanogenum was generated based on published methods (L.-E. Quek and LK Nielsen, Genome Inform., 2008, 21, 89-100; CG de Oliveira Dal'Molin, L. -E. Quek, RW Palfreyman, SM Brumbley and LK Nielsen, Plant Physiol., 2010, 152, 579-89, C. Licona-Cassani, E. Marcellin, L.-E. Quek, S. Jacob and LK Nielsen, Antonie Van Leeuwenhoek, 2012, 102, 493-502.). The genome-scale model core was reconstructed using the SEED model annotation line (CS Henry, M. DeJongh, AA Best, PM Frybarger, B. Linsay, and RL Stevens, Nat. Biotechnol., 2010, 28, 977- 82). The reconstruction retained all SEED model reaction attributes, including unique reactions, compound identifiers, and reaction reversibility. The model was manually completed in Excel (Microsoft Corporation) to facilitate annotation and comment, in particular, the central metabolism and arginine utilization pathways identified above were manually selected. From this gene-centric database, a 2D reaction-centric SBML (System Biology Markup Language, http://www.sbml.org) representation was generated using a Java application (Oracle Corporation). Constraint-based analysis and reconstruction were performed with the COBRA toolkit (http://opencobra.sourceforge.net/) (J. Schellenberger, R. Que, RMT Fleming, I. Thiele, JD Orth, AM Feist, DC Zielinski, A. Bordbar, NE Lewis, S. Rahmanian, J. Kang, DR Hyduke, and B. 0. Palsson, Nat. Protoc., 2011, 6, 1290-307). A set of scripts for constraint-based modeling that run within the MATLAB environment. A flux balance analysis (Orth et al., 2010) was used to predict essential nutrients for growth and a shadow price analysis was performed to investigate the beneficial effects of amino acids (AAs) on Clostridium autoethanogenum, and to determine which AA have the greatest impact on ATP production. Flux balance analysis (FBA) has been used to predict essential nutrients for growth (Fan et al., 2014; Song et al., 2008), the effects of supplementation with AA in the synthesis of the target product (Licona-Cassani et al., 2012) and in conjunction with shadow price analysis (Hillier and Lieberman, 2010) to determine the substrates that have the greatest effect on ATP production (Teusink et al . ., 2006).

El análisis de precios sombra convencional puede ser engañoso con los AA. Si el análisis del precio sombra se realiza en condiciones autotróficas (es decir, con una absorción cero), mostrará el coste de oportunidad de la síntesis de AA, es decir, los recursos que podrían liberarse si un AA determinado fuera suministrado por el medio. El AA más caro de sintetizar no es necesariamente el mejor sustrato para la producción de ATP. Por ejemplo, puede que no haya una ruta de degradación disponible.Conventional shadow price analysis can be misleading with AAs. If the shadow price analysis is performed under autotrophic conditions (i.e. zero absorption), it will show the opportunity cost of AA synthesis, i.e. the resources that could be released if a given AA were supplied by the environment. The most expensive AA to synthesize is not necessarily the best substrate for ATP production. For example, there may not be a downgrade path available.

Para superar este problema, se realizó un análisis de precio sombra compensado. A cada uno de los 20 AA se le permitió un flujo máximo de 1,4 mmol/g PCS/h mientras se maximizaba el rendimiento de biomasa. Este flujo es la máxima tasa específica de absorción de fructosa observada de DSM10061 de C. autoethanogenum durante experimentos preliminares de crecimiento en medio PETC-MES convencional (incluido el extracto de levadura (YE)) y fructosa. Los AA sin ruta de degradación no pueden utilizar el flujo máximo permitido y, por lo tanto, tendrán un precio sombra cero. El análisis de precios sombra identificó nueve AA: glutamina, histidina (HIS), cisteína (CYS), treonina, aspartato (ASP), arginina (ARG), glicina, serina y glutamato (GLU), de los 20 convencionales que C. autoethanogenum debería preferir, ya que conducen a un crecimiento más rápido. To overcome this problem, a compensated shadow price analysis was performed. Each of the 20 AAs was allowed a maximum flux of 1.4 mmol/g PCS/h while biomass yield was maximized. This flux is the maximum specific rate of fructose uptake observed from C. autoethanogenum DSM10061 during preliminary growth experiments in conventional PETC-MES medium (including yeast extract (YE)) and fructose. AAs without a downgrade path cannot use the maximum allowed flow and therefore will have zero shadow price. Shadow price analysis identified nine AA: glutamine, histidine (HIS), cysteine (CYS), threonine, aspartate (ASP), arginine (ARG), glycine, serine, and glutamate (GLU), out of the 20 conventional that C. autoethanogenum should prefer, as they lead to faster growth.

La predicción del modelo de AA se confirmó en un medio de 20AA para ocho de los nueve AA previstos (Figura 2), excluyendo solo la glicina. De manera destacable, la absorción de ASP, GLU, HIS y ARG por biomasa fue más de 20 veces mayor que lo necesario para la síntesis de biomasa. La absorción de AA por gramo de biomasa se comparó con la concentración esperada en la biomasa (el requisito celular), en base a las medidas tomadas en Clostridium acetobutylcium (Lee et al., 2008).The AA model prediction was confirmed in a medium of 20AAs for eight of the nine predicted AAs (Figure 2), excluding only glycine. Remarkably, the uptake of ASP, GLU, HIS and ARG by biomass was more than 20 times greater than that required for biomass synthesis. AA uptake per gram of biomass was compared to the concentration expected in the biomass (the cell requirement), based on measurements taken on Clostridium acetobutylcium (Lee et al., 2008).

Sorprendentemente, en otro medio de 12AA diseñado, se encontró que la absorción de ASP, GLU, HIS y ARG eran más de 120 veces superior a lo necesario para la síntesis de biomasa y permitía un crecimiento significativamente más rápido. Esto indica la posible participación de ASP, GLU, HIS y ARG en generación de energía. De manera interesante, junto con el consumo de arginina durante la fase de rápido crecimiento, se detectó una acumulación de ornitina (Figura 8), lo que apunta hacia la posible participación de la ruta de la arginina desiminasa (ADI) en el suministro de ATP adicional a las células. Hay que destacar que el crecimiento rápido observado inicialmente (tD = 2,5 ± 0,1 h) está muy cerca del crecimiento previsto con 20 AA (tD = 2,9 h).Surprisingly, in another engineered 12AA medium, uptake of ASP, GLU, HIS and ARG was found to be more than 120-fold higher than required for biomass synthesis and allowed for significantly faster growth. This indicates the possible participation of ASP, GLU, HIS and ARG in power generation. Interestingly, along with arginine consumption during the rapid growth phase, an accumulation of ornithine was detected (Figure 8), pointing towards the possible involvement of the arginine deiminase (ADI) pathway in ATP supply. addition to cells. It is noteworthy that the rapid growth observed initially (tD = 2.5 ± 0.1 h) is very close to the growth predicted with 20 AA (tD = 2.9 h).

De manera interesante, se observó una producción de acetato por biomasa sustancialmente menor en medios que contenían ASP, GLU, HIS y ARG (medio 4AA) (8,2 ± 0,2 mmol/g PCS) y medio que contiene solo arginina (medio ARG) (6,7 ± 0,7 mmol/g PCS) durante el crecimiento cuando la arginina era abundante en comparación con YE (36,6 mmol/g PCS). La producción de acetato aumentó considerablemente después del agotamiento de la arginina (46,5 ± 11,2 y 34,5 ± 9,3 mmol/g PCS para el medio de 4AA y el medio de ARG, respectivamente), lo que demuestra que la posibilidad de catabolizar la arginina reduce considerablemente la necesidad de un acetógeno para producir acetato.Interestingly, substantially lower biomass production of acetate was observed in media containing ASP, GLU, HIS and ARG (4AA medium) (8.2 ± 0.2 mmol/g PCS) and medium containing only arginine (4AA medium). ARG) (6.7 ± 0.7 mmol/g PCS) during growth when arginine was abundant compared to YE (36.6 mmol/g PCS). Acetate production increased markedly after arginine depletion (46.5 ± 11.2 and 34.5 ± 9.3 mmol/g PCS for 4AA medium and ARG medium, respectively), showing that the ability to catabolize arginine greatly reduces the need for an acetogen to produce acetate.

Los cultivos heterótrofos de C. autoethanogenum cultivados en medio de 12AA acumularon ornitina de manera simultánea con el consumo de arginina (Figura 8). Lo mismo se observó en experimentos de biorreactores con medio de 4AA y medio de arginina solamente con una fracción elevada (aproximadamente un 60 %) del carbono consumido excretado como ornitina (Figura 22). Además, se detectó un flujo de carbono significativo a CO2 y también una acumulación notable de citrulina. Otros subproductos menores incluyeron acetato, alanina y etanol. En conjunto, los flujos de carbono significativos a ornitina, CO2 y citrulina sugieren que la arginina se catabolizó a través de la ruta de ADI, lo que explica su efecto potenciador del crecimiento a través del suministro de ATP (Figura 21). Además, la conversión estequiométrica completa de arginina en ornitina, CO2 y la citrulina implica que la arginina se metabolizaba estrictamente para generar energía y no para sintetizar biomasa. Esto es coherente con el resultado de que no se observó crecimiento cuando solo se complementó con arginina a las botellas Schott que contenían PETC-MES sin YE presurizadas con gas N2.Heterotrophic cultures of C. autoethanogenum grown in 12AA medium accumulated ornithine simultaneously with arginine consumption (Figure 8). The same was observed in bioreactor experiments with 4AA medium and arginine medium only with a high fraction (approximately 60%) of the consumed carbon excreted as ornithine (FIG. 22). Furthermore, a significant carbon flux to CO2 was detected and also a notable accumulation of citrulline. Other minor byproducts included acetate, alanine, and ethanol. Taken together, the significant carbon fluxes to ornithine, CO2, and citrulline suggest that arginine was catabolized via the ADI pathway, explaining its growth-enhancing effect via ATP supply (Figure 21). Furthermore, the complete stoichiometric conversion of arginine to ornithine, CO2, and citrulline implies that arginine was metabolized strictly for energy and not for biomass synthesis. This is consistent with the result that no growth was observed when only arginine was supplemented to Schott bottles containing PETC-MES without YE pressurized with N2 gas.

La implicación de la ruta de ADI para facilitar un crecimiento más rápido fue prevista por las simulaciones iniciales in silico en medio de 4AA y arginina solamente. La tasa de producción específica total de ATP (qatp; mmol ATP/g PCS/h) fue aproximadamente 6 veces superior en las últimas condiciones (SIM 4 y 5) en comparación con los cálculos con fructosa (SIM 1) como única fuente de carbono (Tabla 7). Lo mismo se observó cuando el modelo se restringió con tasas de absorción de sustrato y secreción de producto determinadas experimentalmente (excluyendo citrulina y CO2) de los experimentos del biorreactor en medios de 4AA (SIM 6 y 9) y solo con arginina (SIM 12 y 15), con una qatp aproximadamente 3 a 4 veces superior de lo previsto únicamente en la fructosa. El crecimiento más rápido observado (tD~3 a 4 h) con AA en comparación con el crecimiento previsto sin la complementación con AA (tD~14 h) puede explicarse por una producción de energía significativamente mayor a partir de la fosforilación a nivel de sustrato durante el catabolismo de la arginina (por la carbamato cinasa de la ruta de ADI) e indirectamente a través de la generación de una fuerza motriz de protones por la producción y excreción de NH4+. Esto último también es beneficioso para disminuir los costes del bioproceso por la menor necesidad de neutralizar el pH con la adición de NH4OH. The involvement of the ADI pathway in facilitating faster growth was predicted by initial in silico simulations in 4AA medium and arginine alone. Total specific ATP production rate (qatp; mmol ATP/g PCS/h) was approximately 6-fold higher in the latter conditions (SIM 4 and 5) compared to calculations with fructose (SIM 1) as the sole carbon source. (Table 7). The same was observed when the model was constrained with experimentally determined rates of substrate uptake and product secretion (excluding citrulline and CO2) from bioreactor experiments in 4AA media (SIM 6 and 9) and arginine alone (SIM 12 and 15), with a qatp approximately 3 to 4 times higher than expected in fructose alone. The faster growth observed (tD~3 to 4 h) with AA compared to growth predicted without AA supplementation (tD~14 h) may be explained by a significantly higher energy output from substrate-level phosphorylation. during the catabolism of arginine (by the carbamate kinase of the ADI pathway) and indirectly through the generation of a proton motive force by the production and excretion of NH4+. The latter is also beneficial to reduce the costs of the bioprocess due to the lower need to neutralize the pH with the addition of NH4OH.

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El rápido crecimiento y la baja síntesis de acetato lograda a través de la complementación con arginina es relevante para la industria biotecnológica, ya que la disminución del flujo de carbono al subproducto no deseado acetato y la producción de ATP adicional a partir de rutas alternativas es esencial para expandir el espectro de productos de acetógenos.The rapid growth and low acetate synthesis achieved through arginine supplementation is relevant to the biotech industry, as decreased carbon flux to the undesired acetate byproduct and additional ATP production from alternative pathways is essential. to expand the product spectrum of acetogens.

Los modelos a escala del genoma se pueden utilizar para estimar los patrones de flujo metabólico intracelular y calcular los balances de carbono, redox y energía mediante la restricción del modelo con datos medidos de manera experimental (Bordbar et al., 2014; Dash et al., 2016; O'Brien et al., 2015). Se utilizó un modelo metabólico a escala de genoma de C. autoethanogenum similar al descrito por Marcellin (Low carbon fuels and commodity chemicals from waste gases - Systematic approach to understand energy metabolism in a model acetogen, Green Chem, 2016). El análisis del modelo a escala de genoma se realiza para los experimentos heterótrofos en medio de AA y medio solo de arginina mediante la realización de cálculos de análisis de balance de flujo como se describe anteriormente. El modelo se limitó adicionalmente con la absorción de sustrato específico y las tasas de secreción del producto (que excluye citrulina y CO2) y el tD celular. La maximización de la disipación de ATP (es decir, los costes de ATP no contabilizados; véase a continuación) se utilizó como la función diana para realizar FBA (aquí no se incluyeron costes de energía de mantenimiento).Genome-scale models can be used to estimate intracellular metabolic flux patterns and calculate carbon, redox, and energy balances by constraining the model with experimentally measured data (Bordbar et al., 2014; Dash et al. , 2016; O'Brien et al., 2015). A genome-wide metabolic model of C. autoethanogenum similar to that described by Marcellin (Low carbon fuels and commodity chemicals from waste gases - Systematic approach to understand energy metabolism in a model acetogen, Green Chem, 2016) was used. Genome-scale model analysis is performed for heterotrophic experiments in AA medium and arginine-only medium by performing flux balance analysis calculations as described above. The model was further constrained by specific substrate uptake and product secretion rates (excluding citrulline and CO2) and cellular tD. Maximizing ATP dissipation (ie unaccounted for ATP costs; see below) was used as the target function to perform FBA (maintenance energy costs were not included here).

El crecimiento rápido en medio de 4AA y medio de ARG se facilitó por la qATP aproximadamente 3 a 4 veces superior (29,3 ± 5,5 y 19.9 ± 1,0 mmol ATP/g PCS/h para medio de 4AA y medio de ArG, respectivamente; (SIM 6 y 9, y SIM 12 y 15 en la tabla 7) en comparación con el valor de 6,8 mmol ATP/g PCS/h previsto para el crecimiento únicamente con fructosa (SIM 1). Los inventores consideran que el crecimiento más rápido observado en el medio de 4AA en comparación con el medio ARG se explica por el flujo específico 2 veces superior a través de la reacción de la acetato cinasa productora de ATP (Figura 24). Sin embargo, en ambos medios se produjo ~53 % de ATP a través de la ruta de ADI (Figura 24) que muestra que el catabolismo de la arginina reorganizó completamente el metabolismo energético. De manera interesante, aunque el consumo de arginina se ve favorecido en muchas bacterias (Abdelal, 1979; Adamberg et al., 2006; Lahtvee et al., 2011; Mehmeti et al., 2011), su contribución a la producción de energía es variable.Rapid growth in 4AA medium and ARG medium was facilitated by approximately 3 to 4-fold higher qATP (29.3 ± 5.5 and 19.9 ± 1.0 mmol ATP/g PCS/h for 4AA medium and ARG medium). A r G, respectively (SIM 6 and 9, and SIM 12 and 15 in Table 7) compared to the value of 6.8 mmol ATP/g PCS/h predicted for growth with fructose alone (SIM 1). The inventors consider that the faster growth observed in 4AA medium compared to ARG medium is explained by the 2-fold higher specific flux through the ATP-producing acetate kinase reaction (Figure 24). both media ~53% ATP was produced via the ADI pathway (Figure 24) showing that arginine catabolism completely reorganized energy metabolism Interestingly, although arginine uptake is favored in many bacteria ( Abdelal, 1979; Adamberg et al., 2006; Lahtvee et al., 2011; Mehmeti et al., 2011), his contribution to the production energy supply is variable.

También se analizó el patrón de flujo óptimo previsto durante el crecimiento heterótrofo en fructosa y AA. Cuando se restringe el modelo con las tasas de absorción de sustrato medidas de manera experimental y los costes de ATP no contabilizados calculados previamente, y se maximiza el rendimiento de biomasa, estos cálculos predijeron un crecimiento más rápido (medio de 4AA tD = 1,4 ± 0,2 h, SIM 7 y 10; medio de ARG tD = 2,2 ± 0,1 h, SiM 13 y 16) en comparación con lo observado de manera experimental (tD = 2,8 ± 0,1 h y tD = 3,7 ± 0,0 h, respectivamente). Además, en las simulaciones, la ornitina producida durante el catabolismo de la arginina se catabolizó a GLU, lo que demuestra que es posible metabolizar aún más la ornitina a través de la ruta de la ornitina descrita anteriormente. Por lo tanto, el crecimiento más rápido previsto proviene del catabolismo de GLU a piruvato utilizando la ruta del metilaspartato (como se señaló anteriormente) y su posterior conversión a acetil-CoA y acetato que producen Fd y ATP reducidos.The predicted optimal flux pattern during heterotrophic growth in fructose and AA was also analyzed. When constraining the model with experimentally measured substrate uptake rates and previously calculated unaccounted for ATP costs, and maximizing biomass yield, these calculations predicted faster growth (mean 4AA tD = 1.4 ± 0.2 h, SIM 7 and 10; mean ARG tD = 2.2 ± 0.1 h, S i M 13 and 16) compared to experimentally observed (tD = 2.8 ± 0.1 h and tD = 3.7 ± 0.0 h, respectively). Furthermore, in the simulations, ornithine produced during arginine catabolism was catabolized to GLU, demonstrating that it is possible to further metabolize ornithine via the ornithine pathway described above. Therefore, the fastest predicted growth comes from the catabolism of GLU to pyruvate using the methylaspartate pathway (as noted above) and its subsequent conversion to acetyl-CoA and acetate resulting in reduced Fd and ATP.

Ejemplo 4Example 4

Crecimiento en arginina como única fuente de nitrógenoGrowth on arginine as sole nitrogen source

Este ejemplo demuestra la sustitución del amonio como fuente de nitrógeno por arginina.This example demonstrates the replacement of ammonium as the nitrogen source with arginine.

El nitrógeno es un nutriente esencial para las bacterias y, por lo general, el amonio se utiliza en fermentaciones y también se utiliza como fuente de nitrógeno en formulaciones de medios publicadas para acetógenos (M. Kopke, C. Held, S. Hujer, H. Liesegang, A. Wiezer, A. Wollherr, A. Ehrenreich, W. Liebl, G. Gottschalk y P. Dürre, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S. A., 2010, 107, 13087-92; J. Mock, Y. Zheng, A. P. Mueller, S. Ly, L. Tran, S. Segovia, S. Nagaraju, M. Kopke, P. Dürre y R. K. Thauer, J. Bacteriol., 2015, 197, 2965-2980; H. Richter, M. E. Martin y L. T. Angenent, Energies, 2013, 6, 3987-4000; J. L. Cotter, M. S. Chinn y A. M. Grunden, Bioprocess Biosyst. Eng., 2009, 32, 369-80.M. Straub, M. Demler, D. Weuster-Botz y P. Dürre, J. Biotechnol., 2014.). Sin embargo, la producción de amonio depende de abundantes suministros de energía, predominantemente gas natural o gases licuados de petróleo (GLP) a través del proceso Haber-Bosch (www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/ammoinia.html) y, por lo tanto, no es una fuente sostenible. Además, los iones de amonio influyen en el pH de la fermentación.Nitrogen is an essential nutrient for bacteria, and ammonium is commonly used in fermentations and is also used as a nitrogen source in published media formulations for acetogens (M. Kopke, C. Held, S. Hujer, H. Liesegang A Wiezer A Wollherr A Ehrenreich W Liebl G Gottschalk P Dürre Proc Natl Acad Sci U.S. A. 2010 107 13087-92 J Mock Y Zheng A. P. Mueller, S. Ly, L. Tran, S. Segovia, S. Nagaraju, M. Kopke, P. Dürre, and R. K. Thauer, J. Bacteriol., 2015, 197, 2965-2980;H. Richter, M. E. Martin and L. T. Angenent, Energies, 2013, 6, 3987-4000 J. L. Cotter, M. S. Chinn, and A. M. Grunden, Bioprocess Biosyst Eng., 2009, 32, 369-80 M. Straub, M. Demler, D. Weuster -Botz and P. Dürre, J. Biotechnol., 2014.). However, ammonium production is dependent on abundant energy supplies, predominantly natural gas or liquefied petroleum gases (LPG) via the Haber-Bosch process (www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/ammoinia.html), and thus , is not a sustainable source. In addition, ammonium ions influence the pH of the fermentation.

La ruta identificada del ejemplo 3 permite la conversión de 1 mol de arginina en 3 moles de amoníaco. Por lo tanto, la arginina puede proporcionar una fuente alternativa de nitrógeno para las bacterias, lo que aporta amoníaco directamente en el metabolismo, sin dejar de proporcionar las ventajas descritas anteriormente. Dado que 1 molécula de arginina se puede descomponer en 3 moléculas de amoníaco, las cantidades más bajas necesarias conducen a ahorros significativos debido al precio más bajo de la arginina (la arginina de grado alimenticio al 99 % cuesta alrededor de 17 a 18.000 USD/1000 kg, mientras que el amoníaco de grado industrial al 30 % cuesta ~10 a 11.000 USD/1000 kg de Sigma Aldrich o Fisher) y a la manipulación reducida. Además, la arginina se puede obtener de forma sostenible a partir de fuentes biológicas, por ejemplo, mediante fermentación (T. Utagawa, J. Nutr., 2004, 134, 2854S-2857). The pathway identified from Example 3 allows for the conversion of 1 mole of arginine to 3 moles of ammonia. Therefore, arginine can provide an alternative source of nitrogen for bacteria, bringing ammonia directly into metabolism, while still providing the benefits described above. Since 1 molecule of arginine can be broken down into 3 molecules of ammonia, the lower amounts needed lead to significant savings due to the lower price of arginine (99% food grade arginine costs around $17-18,000/1000). kg, while 30% industrial grade ammonia is ~$10 to $11,000/1000 kg from Sigma Aldrich or Fisher) and with reduced handling. Furthermore, arginine can be sustainably obtained from biological sources, for example by fermentation (T. Utagawa, J. Nutr., 2004, 134, 2854S-2857).

Para demostrar que la arginina se puede utilizar como única fuente de nitrógeno para el acetógeno DSM23693 Clostridium autoethanogenum, el organismo se cultiva en medio PETC-MES libre de YE que omite 1 g/l de cloruro de amonio (NH4Cl) con 0,33 g/l de monoclorhidrato de L-arginina no sintético (Sigma Aldrich; A6969).To demonstrate that arginine can be used as the sole nitrogen source for the DSM23693 Clostridium autoethanogenum acetogen, the organism is grown in YE-free PETC-MES medium omitting 1 g/L ammonium chloride (NH4Cl) with 0.33 g /l of non-synthetic L-arginine monohydrochloride (Sigma Aldrich; A6969).

Ejemplo 5Example 5

La complementación con arginina conduce a una mayor producción de productos no naturales a partir de rutas heterólogas, en particular, rutas de consumo de ATPArginine supplementation leads to increased production of unnatural products from heterologous pathways, in particular, ATP uptake pathways

Este ejemplo demuestra que la complementación con arginina aumenta la producción de productos no naturales de rutas heterólogas.This example demonstrates that arginine supplementation increases the production of non-natural products from heterologous pathways.

Se ha demostrado la producción de varios productos no naturales en acetógenos a partir de gas [Documentos W2012053905, WO2012115527, WO2013180584, WO2013185123, WO2013191567]. Por lo general, se observa algún nivel de acetato como subproducto, a medida que el organismo genera ATP a partir de la fosforilación a nivel de sustrato a través de la reacción de acetato cinasa. Este es, en particular, el caso de las rutas que requieren ATP como, por ejemplo, pero sin limitarse a, las rutas de producción de isopreno u otros terpenoides (ruta del mevalonato), o la producción de productos procedentes de ácidos grasos como el biodiésel (a través de la biosíntesis de ácidos grasos). Sin embargo, también es el caso de otras rutas de fermentación que no requieren directamente ATP pero tampoco producen la misma cantidad de ATP por acetil-CoA que la formación de acetato, por ejemplo, pero sin limitación, la producción de isopropanol, acetona, butanol (a través de la ruta ABE).The production of various non-natural products in acetogens from gas has been demonstrated [W2012053905, WO2012115527, WO2013180584, WO2013185123, WO2013191567]. Some level of acetate is usually seen as a by-product, as the body generates ATP from substrate-level phosphorylation via the acetate kinase reaction. This is particularly the case for pathways that require ATP, such as, but not limited to, pathways for the production of isoprene or other terpenoids (mevalonate pathway), or the production of products from fatty acids such as biodiesel (via fatty acid biosynthesis). However, it is also the case for other fermentation pathways that do not directly require ATP but also do not produce the same amount of ATP per acetyl-CoA as acetate formation, for example, but not limited to, the production of isopropanol, acetone, butanol (via the ABE route).

La producción de isopropanol a partir de gas se simuló utilizando el análisis de balance de flujo (FBA) con el modelo a escala de genoma de C. autoethanogenum (descrito en el ejemplo 3). Se añadieron rutas heterólogas (tabla 4) al modelo y se realizaron simulaciones sobre el rendimiento teórico máximo con y sin complementación con arginina (tabla 5).Isopropanol production from gas was simulated using flow balance analysis (FBA) with the C. autoethanogenum genome-scale model (described in example 3). Heterologous routes (Table 4) were added to the model and simulations were performed on the maximum theoretical yield with and without arginine supplementation (Table 5).

Tabla 8: Rutas heterólo asTable 8: Heterologous Routes

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Tabla 9: Análisis FBA de los rendimientos teóricos máximos de los productos diana isopreno o isopropanol a partir 2H2 n in m l m n r inin n mm l P h:Table 9: FBA analysis of maximum theoretical yields of isoprene or isopropanol target products from 2H2 n in m l m n r inin n mm l P h:

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La simulación muestra que la complementación con arginina puede aumentar de manera significativa los rendimientos de producción teóricos máximos de los compuestos diana isopropanol e isopreno tanto en CO como en CO2/H2. La producción máxima de isopropanol a partir de CO podría aumentar de manera significativa en más del 20 % de 5,06 mmol/g PS/h a 6,42 mmol/g PS/h ya con pequeñas cantidades de absorción de arginina (2 mM, 0,34 g/l). Para la ruta del mevalonato que consume ATP para la producción de isopreno a partir de CO, la producción máxima podría incrementarse aún de manera más significativa en más del 30 % de 1,97 mmol/g PS/h a 2,58 mmol/g PS/h. El efecto es aún más pronunciado con CO2/H2, donde la producción máxima de isopropanol se puede aumentar en más del 25 % de 5,0 mmol/g PS/h a 6,36 mmol/g PS/h y la producción de isopreno en un 45 % de 1,26 mmol/g PS/h a 1,83 mmol/g PS/h. Esto demuestra claramente que la arginina se puede utilizar para impulsar la producción de moléculas diana no naturales.The simulation shows that arginine supplementation can significantly increase the maximum theoretical production yields of the target compounds isopropanol and isoprene in both CO and CO2/H2. The maximum production of isopropanol from CO could be significantly increased by more than 20% from 5.06 mmol/g PS/h to 6.42 mmol/g PS/h already with small amounts of arginine uptake (2 mM, 0.34 g/l). For the mevalonate pathway that consumes ATP for the production of isoprene from CO, the maximum production could be increased even more significantly by more than 30% from 1.97 mmol/g PS/h to 2.58 mmol/g PS /h. The effect is even more pronounced with CO2/H2, where the maximum production of isopropanol can be increased by more than 25% from 5.0 mmol/g PS/h to 6.36 mmol/g PS/h and the production of isoprene by a 45% from 1.26 mmol/g PS/hr to 1.83 mmol/g PS/hr. This clearly demonstrates that arginine can be used to drive the production of unnatural target molecules.

La simulación también muestra que cuando se utilizan de manera conjunta arginina 2 mM, la producción incluso aumenta con una menor absorción de CO, lo que demuestra que la complementación con arginina mejora la eficacia del carbono en una molécula diana.The simulation also shows that when 2 mM arginine is used together, production is even increased with less CO uptake, demonstrating that arginine supplementation improves the efficiency of carbon in a target molecule.

Ejemplo 6Example 6

Uso del represor de arginina como interruptor genético para impulsar la expresión de rutas heterólogas Este ejemplo demuestra que la arginina se puede utilizar como interruptor genético para impulsar la expresión de rutas heterólogas. Use of Arginine Repressor as a Genetic Switch to Drive Expression of Heterologous Pathways This example demonstrates that arginine can be used as a genetic switch to drive expression of heterologous pathways.

Se encontró que todos los genes en la ruta de arginina desiminasa identificada del ejemplo 3 estaban agrupados y también se encontró un represor de la arginina ArgR. Se han identificado secuencias operadoras (secuencias de ADN a las que se une la proteína argR para evitar la transcripción génica) en una variedad de microorganismos que incluyen E. coli (Tian et al. 1992, J. Mol. Biol, 226, págs. 387-397) y el sitio de unión generalmente se conserva a través de linajes bacterianos (Makarova et al. 2001, Genome Biol. 2, págs. 1-8).All genes in the identified arginine deiminase pathway of example 3 were found to be clustered and an arginine repressor ArgR was also found. Operator sequences (DNA sequences to which the argR protein binds to prevent gene transcription) have been identified in a variety of microorganisms including E. coli (Tian et al. 1992, J. Mol. Biol, 226, pgs. 387-397) and the binding site is generally conserved across bacterial lineages (Makarova et al. 2001, Genome Biol. 2, pp 1-8).

El represor de arginina controla la expresión génica mediante la unión a una secuencia operadora palindrómica que se encuentra aproximadamente 45 pb cadena arriba del codón de inicio de la arginina desiminasa. La adición de arginina provoca que el represor se desvincule de la secuencia operadora, lo que permite la transcripción de los genes cadena abajo de la secuencia operadora. En un ejemplo profético, la expresión génica heteróloga se puede activar mediante la adición de arginina. La expresión génica heteróloga se reprimirá por la proteína argR si la secuencia operadora de unión a argR se añade a la región cadena arriba de los genes heterólogos. Posteriormente, la expresión génica se puede activar mediante la adición de arginina.The arginine repressor controls gene expression by binding to a palindromic operator sequence that is approximately 45 bp upstream of the arginine deiminase start codon. The adition of arginine causes the repressor to dissociate from the operator sequence, allowing transcription of genes downstream of the operator sequence. In a prescient example, heterologous gene expression can be activated by the addition of arginine. Heterologous gene expression will be repressed by the argR protein if the argR binding operator sequence is added to the upstream region of the heterologous genes. Subsequently, gene expression can be activated by the addition of arginine.

En un ejemplo, los genes heterólogos pueden codificar una ruta metabólica que necesita ATP para la síntesis del producto. Por ejemplo, la ruta del mevalonato es una ruta heteróloga que convierte la acetil-CoA en isopentenildifosfato a un coste de 3 moles de ATP por mol de isopentenil-difosfato. Utilizando el método descrito, la expresión de la ruta heteróloga del mevalonato podría activarse mediante la adición de arginina, que también proporcionaría ATP para la ruta del mevalonato a través de la degradación de la arginina a través de la ruta de la arginina desiminasa.In one example, the heterologous genes may encode a metabolic pathway that requires ATP for product synthesis. For example, the mevalonate pathway is a heterologous pathway that converts acetyl-CoA to isopentenyl diphosphate at a cost of 3 moles of ATP per mole of isopentenyl diphosphate. Using the method described, the expression of the heterologous mevalonate pathway could be activated by the addition of arginine, which would also provide ATP for the mevalonate pathway through arginine degradation via the arginine deiminase pathway.

Ejemplo 7Example 7

Optimización de la eficacia de la utilización conjunta de arginina con sustratos gaseosos de CO y/o H2 y/o CO2 Optimization of the efficiency of the joint utilization of arginine with gaseous substrates of CO and/or H 2 and/or CO 2

Para lograr una utilización conjunta eficiente de la arginina con sustratos gaseosos de CO y/o H2 y/o CO2, puede ser necesario eliminar la regulación. Esto podría lograrse mediante la inactivación del represor de arginina ArgR descrito anteriormente para eliminar la represión de los genes de la ruta de la arginina desiminasa. Dichas inactivaciones se pueden lograr por alguien experto en la materia utilizando métodos descritos anteriormente [Documentos W2012053905, WO2012115527, WO2013180584]. Sin embargo, la eliminación del represor de arginina no permite activar la expresión génica heteróloga mediante la adición de arginina como se describe anteriormente. Un método alternativo sería eliminar las secuencias de unión al operador descritas anteriormente cadena arriba del operón de la ruta de la arginina desiminasa o reemplazar la región cadena arriba del operón de la ruta de la arginina desiminasa que incluye la secuencia operadora y la secuencia promotora con un promotor constitutivo o sintético. Dichas modificaciones se pueden lograr por alguien experto en la materia utilizando métodos descritos anteriormente [Documentos W2012053905, WO2012115527, WO2013180584]. Los promotores constitutivos y sintéticos adecuados son, por ejemplo, pero sin limitación, el promotor de ferredoxina Pfdx, promotor de acetato cinasa Ppta, o Ptet o PIPL12 que se han descrito anteriormente [Documento US 20160160223; Nagaraju et al., Genome editing of Clostridium autoethanogenum using CRISPR/Cas9, Biotechnol Biofuels. 2016; 9: 219].To achieve efficient co-utilization of arginine with gaseous substrates of CO and/or H2 and/or CO2, it may be necessary to deregulate. This could be achieved by inactivating the arginine repressor ArgR described above to remove repression of the arginine deiminase pathway genes. Such inactivations can be achieved by someone skilled in the art using methods described previously [W2012053905, WO2012115527, WO2013180584]. However, removal of the arginine repressor does not allow heterologous gene expression to be activated by the addition of arginine as described above. An alternative approach would be to remove the previously described operator binding sequences upstream of the arginine deiminase pathway operon or to replace the region upstream of the arginine deiminase pathway operon that includes the operator sequence and promoter sequence with a constitutive or synthetic promoter. Said modifications can be achieved by someone skilled in the art using methods described previously [W2012053905, WO2012115527, WO2013180584]. Suitable constitutive and synthetic promoters are, for example, but not limited to, the Pfdx ferredoxin promoter, Ppta acetate kinase promoter, or Ptet or PIPL12 which have been described previously [US 20160160223; Nagaraju et al., Genome editing of Clostridium autoethanogenum using CRISPR/Cas9, Biotechnol Biofuels. 2016; 9: 219].

De manera similar, las regiones promotoras de genes responsables de la utilización de CO y/o H2 y/o CO2, tal como el grupo Wood-Ljungdahl o el operón Hyt (Brown et al. Comparison of single-molecule sequencing and hybrid approaches for finishing the genome of Clostridium autoethanogenum and analysis of CRISPR systems in industrial relevant Clostridia. Biotechnology for Biofuels 2014 7:40) se pueden reemplazar con promotores constitutivos y sintéticos o los respectivos reguladores inactivados o atenuados. Los expertos en la materia podrán identificar dichos reguladores a partir de datos transcriptómicos como se describe en el ejemplo 10.Similarly, the promoter regions of genes responsible for the utilization of CO and/or H2 and/or CO2, such as the Wood-Ljungdahl cluster or the Hyt operon (Brown et al. Comparison of single-molecule sequencing and hybrid approaches for finishing the genome of Clostridium autoethanogenum and analysis of CRISPR systems in industrial relevant Clostridia. Biotechnology for Biofuels 2014 7:40) can be replaced with constitutive and synthetic promoters or the respective inactivated or attenuated regulators. Those skilled in the art will be able to identify such regulators from transcriptomic data as described in Example 10.

Ejemplo 8Example 8

Ruta alternativa de utilización de arginina y producción de putrescinaAlternative pathway of arginine utilization and putrescine production

Este ejemplo demuestra una ruta alternativa de utilización de arginina que puede generar putrescina como subproducto.This example demonstrates an alternative pathway of arginine utilization that can generate putrescine as a by-product.

Otra ruta posible para la utilización de arginina es a través de la descarboxilación de arginina en lugar de la desaminación: la arginina se puede descarboxilar a agmatina y CO2 mediante la enzima arginina descarboxilasa. La agmatina se puede convertir posteriormente en N-carbamoil putrescina mediante la enzima agmatina desiminasa, produciendo también amonio. La putrescina carbamoiltransferasa puede convertir N-carbamoil-putrescina más fosfato en putrescina más carbamoil-fosfato. El carbamoil fosfato más ADP se convierte en amonio ATP CO2 por la carbamato cinasa a través del mismo mecanismo que en la ruta de la arginina desiminasa. El rendimiento neto de amonio y ATP es el mismo que el de la ruta de la arginina desiminasa pero con dos intermediarios diferentes (agmatina y N-carbamoil putrescina en lugar de citrulina) y un subproducto diferente (putrescina en lugar de ornitina). La putrescina es un subproducto de mayor valor que la ornitina o la arginina y se puede utilizar como materia prima en la producción de una variedad de polímeros, incluidos el nailon-4,6 (Qian et al. 2009, Biotechnol. Bioeng. 104, pág. 651-662) y el poliuretano (Dahiyat et al. 1993, J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 4, págs. 529-543).Another possible route for arginine utilization is through arginine decarboxylation rather than deamination: arginine can be decarboxylated to agmatine and CO2 by the enzyme arginine decarboxylase. Agmatine can be further converted to N-carbamoyl putrescine by the enzyme agmatine deiminase, also producing ammonium. Putrescine carbamoyltransferase can convert N-carbamoyl-putrescine plus phosphate to putrescine plus carbamoyl-phosphate. Carbamoyl phosphate plus ADP is converted to ammonium ATP CO2 by carbamate kinase through the same mechanism as the arginine deiminase pathway. The net yield of ammonia and ATP is the same as the arginine deiminase pathway but with two different intermediates (agmatine and N-carbamoyl putrescine instead of citrulline) and a different byproduct (putrescine instead of ornithine). Putrescine is a higher value by-product than ornithine or arginine and can be used as a starting material in the production of a variety of polymers, including nylon-4,6 (Qian et al. 2009, Biotechnol. Bioeng. 104, pp. 651-662) and polyurethane (Dahiyat et al. 1993, J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 4, pp. 529-543).

Tabla 10.Table 10.

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Figure imgf000032_0001

Ejemplo 9Example 9

Producción de alanina y conversión a 3-HP o ácido acrílico a través de rutas heterólogasAlanine production and conversion to 3-HP or acrylic acid via heterologous pathways

Este ejemplo demuestra la conversión de alanina en 3-hidroxipropionato o ácido acrílico.This example demonstrates the conversion of alanine to 3-hydroxypropionate or acrylic acid.

En el ejemplo 1 se ha demostrado la producción de alanina a partir de arginina por C. autoethanogenum. La alanina se puede convertir además en productos de alto valor 3-hidroxipropionato (3-HP) o ácido acrílico.In example 1 the production of alanine from arginine by C. autoethanogenum has been demonstrated. Alanine can be further converted to high value products 3-hydroxypropionate (3-HP) or acrylic acid.

La conversión de alanina a acrilato se ha demostrado en Clostridium propionicum (Dalal R. K., Akedo M., Cooney C. L., Sinskey A. J. (1980) A microbial route for acrylic acid production. Biosources Dig 2:89-97). La conversión se puede realizar mediante malonil-semialdehído y 3-HP, o mediante alanil-CoA. Tanto el 3-HP como la alanil-CoA se pueden convertir en acrilil-CoA y después en acrilato. Se pueden introducir genes/enzimas aisladas de C. propionicum y expresar de manera heteróloga por un experto en la materia utilizando métodos descritos anteriormente para producir 3-hidroxipropionato o acilato [Documentos W2012053905, WO2012115527, WO2013180584].The conversion of alanine to acrylate has been demonstrated in Clostridium propionicum (Dalal RK, Akedo M., Cooney CL, Sinskey AJ (1980) A microbial route for acrylic acid production. Biosources Dig 2:89-97). The conversion can be done by malonyl-semialdehyde and 3-HP, or by alanyl-CoA. Both 3-HP and alanyl-CoA can be converted to acrylyl-CoA and then to acrylate. Genes/enzymes isolated from C. propionicum can be introduced and heterologously expressed by one skilled in the art using previously described methods to produce 3-hydroxypropionate or acylate [W2012053905, WO2012115527, WO2013180584].

Ejemplo 10Example 10

Análisis transcriptómicoTranscriptomic analysis

El análisis del transcriptoma de los cultivos biológicos en biorreactor duplicados de C. autoethanogenum que crecían de manera heterótrofa en medio 4AA (véase la tabla 2 para más detalles) se llevó a cabo con secuenciación de ARN. Durante la fase de crecimiento equilibrado y la absorción de todos los 4AA, se recogieron aproximadamente 35 ml de cultivo 0,3 g PCS/l, se sedimentó (5000 * g durante 3 min a 4 °C) y se resuspendido en 5 ml de RNAlater (Qiagen). La muestra se almacenó a 4 °C durante la noche, se centrifugó (4000 * g durante 10 min a 4 °C) y el sedimento se almacenó a -80 °C hasta su posterior procesamiento. Los sedimentos congelados se descongelaron, se extrajo el ARN total y se prepararon bibliotecas de ARNm como se describe en Marcellin et al., 2013. La secuenciación se realizó con un secuenciador Illumina Hiseq-2000.Transcriptome analysis of duplicate bioreactor cultures of C. autoethanogenum growing heterotrophically in 4AA medium (see Table 2 for details) was performed with RNA sequencing. During the balanced growth phase and uptake of all 4AA, approximately 35 mL of 0.3 g PCS/L culture was collected, pelleted (5000* g for 3 min at 4 °C) and resuspended in 5 mL of . RNAlater (Qiagen). The sample was stored at 4 °C overnight, centrifuged (4000* g for 10 min at 4 °C), and the pellet was stored at -80 °C until further processing. Frozen pellets were thawed, total RNA extracted, and mRNA libraries prepared as described in Marcellin et al., 2013. Sequencing was performed with an Illumina Hiseq-2000 sequencer.

Los patrones de expresión génica en medio 4AA se compararon con los datos de RNA-seq de la misma cepa de C. autoethanogenum (DSM10061) cultivada de manera heterótrofa en PETC-MES convencional (incluido YE) y publicada previamente (Marcellin et al., 2016). Las lecturas de secuenciación de ambas condiciones heterótrofas se recortaron para evitar errores de lectura y después se alinearon/realinearon con el genoma usando TopHat2 (Kim et al., 2013) con dos desapareamientos permitidos por alineación de lectura. Las abundancias de transcritos se estimaron utilizando la función FPKM de Cufflinks utilizando la normalización del cuartil superior. Se utilizó CuffDiff para estimar los transcritos expresados de manera diferencial y Cuffnorm para la normalización de datos. Se utilizó un valor q inferior a 0,05 (utilizando la tasa de hallazgo falso; Benjamini y Hochberg, 1995) para determinar cambios significativos en la expresión génica.Gene expression patterns in 4AA medium were compared with RNA-seq data from the same C. autoethanogenum strain (DSM10061) grown heterotrophically in conventional PETC-MES (including YE) and previously published (Marcellin et al., 2016). Sequencing reads from both heterotrophic conditions were trimmed to avoid misreads and then aligned/realigned to the genome using TopHat2 (Kim et al., 2013) with two mismatches allowed per read alignment. Transcript abundances were estimated using the FPKM function of Cufflinks using upper quartile normalization. CuffDiff was used to estimate differentially expressed transcripts and Cuffnorm for data normalization. A q value of less than 0.05 (using the false find rate; Benjamini and Hochberg, 1995) was used to determine significant changes in gene expression.

Se realizó un análisis del transcriptoma mediante secuenciación de ARN (RNA-seq, del inglés "RNA-sequencing") para obtener más pruebas confirmatorias de la implicación de la ruta de ADI a nivel de expresión génica. Para ello, se tomaron muestras de cultivos biológicos en biorreactor duplicados de C. autoethanogenum que crecían de manera heterótrofa en medio 4AA durante la fase de crecimiento equilibrado. Este conjunto de datos de RNA-seq se comparó con el conjunto de datos publicado anteriormente (Marcellin et al., 2016) de la misma cepa de C. autoethanogenum (DSM10061) cultivada de manera heterótrofa (fructosa) en el medio PETC-MES convencional que contiene YE.RNA sequencing (RNA-seq) analysis of the transcriptome was performed to obtain further confirmatory evidence for the involvement of the ADI pathway at the level of gene expression. To do this, samples were taken from duplicate bioreactor biological cultures of C. autoethanogenum growing heterotrophically in 4AA medium during the balanced growth phase. This RNA-seq dataset was compared with the previously published dataset (Marcellin et al., 2016) of the same C. autoethanogenum strain (DSM10061) grown heterotrophically (fructose) in the conventional PETC-MES medium. which contains YES.

El análisis del transcriptoma demostró el papel de la ruta de ADI, ya que todos los genes de la ruta de ADI estaban regulados al alza en más de 500 veces (valores q de <0,001) cuando las células se cultivaron en PETC-MES complementado con 4AA en comparación con YE). Además, se observó una regulación al alza de más de 380 veces (valores q de <0,001) de posibles genes antiportadores de arginina-ornitina (CAETHG_3023 y 3024). De los cuatro genes asociados con la degradación de citrulina en carbamoilfosfato y ornitina en C. autoethanogenum los presentes datos indican que la ornitina carbamoiltransferasa (CAETHG_3022) es la proteína catalizadora de flujo (regulación al alza de 645 veces; q <0,001) durante el catabolismo de ARG en C. autoethanogenum ya que sus isoenzimas estaban reguladas a la baja (CAETHG_0449 y 0591) o no mostraban cambios (CAETHG_2082) entre las condiciones comparadas. De manera similar, de los cinco genes asociados con la degradación del carbamoil-fosfato en CO2, la carbamato cinasa de CAETHG_3025 parece ser la proteína catalizadora de flujo (regulación al laza de 623 veces; q <0,001) ya que su valor FPKM es 1000 veces superior que los valores FPKM de sus isoenzimas. Ejemplo 11 Transcriptome analysis demonstrated the role of the ADI pathway, as all ADI pathway genes were upregulated by more than 500-fold (q-values of <0.001) when cells were cultured in PETC-MES supplemented with 4AA compared to YE). In addition, more than 380-fold upregulation (q values of <0.001) of putative arginine-ornithine antiporter genes (CAETHG_3023 and 3024) was observed. Of the four genes associated with the degradation of citrulline to carbamoylphosphate and ornithine in C. autoethanogenum, the present data indicate that ornithine carbamoyltransferase (CAETHG_3022) is the efflux catalytic protein (645-fold upregulation; q < 0.001) during catabolism of ARG in C. autoethanogenum since its isoenzymes were down-regulated (CAETHG_0449 and 0591) or did not show changes (CAETHG_2082) between the compared conditions. Similarly, of the five genes associated with carbamoyl phosphate degradation to CO2, the carbamate kinase of CAETHG_3025 appears to be the efflux catalyst protein (623-fold loop regulation; q < 0.001) as its FPKM value is 1000 times higher than the FPKM values of its isoenzymes. Example 11

Optimización de la eficacia de la incorporación de arginina en el metabolismo centralOptimizing the efficiency of arginine incorporation in central metabolism

El análisis transcriptómico identificó genes que en el metabolismo natural determinan el flujo de utilización e incorporación de arginina en el metabolismo central como ornitina carbamoiltransferasa (CAETHG_3022) y carbamato cinasa (CAETHG 3025). Para mejorar la eficacia, estos genes se pueden sobreexpresar usando promotores fuertes o inducibles, por ejemplo, pero sin limitación, el promotor de ferredoxina Pfdx, promotor de acetato cinasa Ppta, o Ptet o PIPL12 que se han descrito anteriormente [Documento US 20160160223; Nagaraju et al., Genome editing of Clostridium autoethanogenum using CRISPR/Cas9, Biotechnol Biofuels. 2016; 9: 219].The transcriptomic analysis identified genes that in the natural metabolism determine the flow of utilization and incorporation of arginine in central metabolism as ornithine carbamoyltransferase (CAETHG_3022) and carbamate kinase (CAETHG 3025). To improve efficiency, these genes can be overexpressed using strong or inducible promoters, for example, but not limited to, the Pfdx ferredoxin promoter, Ppta acetate kinase promoter, or Ptet or PIPL12 which have been described previously [US 20160160223; Nagaraju et al., Genome editing of Clostridium autoethanogenum using CRISPR/Cas9, Biotechnol Biofuels. 2016; 9: 219].

Se ha de interpretar que el uso de los términos "un", "uno/una" y "el/la" y las referencias similares en el contexto de la descripción de la invención (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) abarcan tanto el singular como el plural, a menos que se indique lo contrario en el presente documento o el contexto lo contradiga claramente. Las expresiones "que comprende(n)", "que tiene(n)", "que incluye(n)", y "que contiene(n)" se han de interpretar como expresiones abiertas (es decir, que significan "que incluye(n), aunque no de forma limitativa"), salvo que se indique lo contrario. La enumeración de intervalos de valores en el presente documento meramente pretende servir como método abreviado de hacer referencia de manera individual a cada valor separado que se encuentre dentro del intervalo, salvo que se indique lo contrario en el presente documento y cada valor separado se incorpora a la memoria descriptiva como si se enumerara de manera individual en el presente documento.The use of the terms "a", "an" and "the" and similar references in the context of the description of the invention (especially in the context of the following claims) are to be construed to encompass both the singular and the plural, unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by the context. The expressions "comprising(n)", "having(n)", "including(n)", and "containing(n)" are to be interpreted as open-ended expressions (i.e. meaning "including (n), but not limited to"), unless otherwise indicated. The enumeration of ranges of values herein is merely intended to serve as a shorthand method of individually referring to each separate value that falls within the range, except as otherwise noted herein and each separate value is incorporated herein. the specification as if individually listed herein.

Todos los métodos que se describen en el presente documento pueden realizarse en cualquier orden adecuado a menos que se indique otra cosa en el presente documento o el contexto lo contradiga claramente. El uso de cualquiera y todos los ejemplos o lenguaje ilustrativo (por ejemplo, "tal como") proporcionados en el presente documento, tiene por objeto simplemente ilustrar mejor la invención y no plantea una limitación en el alcance de la invención, a menos que se reivindique de otro modo. Ningún lenguaje en la memoria descriptiva ha de interpretarse como una indicación de que cualquier elemento no reivindicado sea esencial para la práctica de la invención.All methods described herein may be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or clearly contradicted by the context. The use of any and all examples or illustrative language (e.g., "such as") provided herein is merely for the purpose of further illustrating the invention and does not pose a limitation on the scope of the invention, unless otherwise noted. claim otherwise. No language in the specification is to be construed as indicating that anything not claimed is essential to the practice of the invention.

Las realizaciones preferidas de esta invención se describen en el presente documento. Las variaciones de esas realizaciones preferidas pueden resultar evidentes para los expertos en la materia tras la lectura de la descripción anterior. Los inventores esperan que los expertos en la materia empleen tales variaciones como adecuadas y los inventores pretenden que la invención se ponga en práctica de otro modo diferente que el específicamente descrito en el presente documento. Aún más, cualquier combinación de los elementos anteriormente descritos en todas las posibles variaciones de los mismos está abarcada por la invención a menos que se indique lo contrario o el contexto lo contradiga claramente. Preferred embodiments of this invention are described herein. Variations of these preferred embodiments may be apparent to those skilled in the art from reading the foregoing description. The inventors hope that such variations will be used by those skilled in the art as appropriate and the inventors intend that the invention be practiced other than as specifically described herein. Still further, any combination of the elements described above in all possible variations thereof is encompassed by the invention unless otherwise indicated or clearly contradicted by the context.

Claims (11)

REIVINDICACIONES 1. Un método para cultivar un microorganismo fijador de C1, que comprende hacer fluir un sustrato gaseoso que comprende uno o más de CO, CO2 y H2 a un biorreactor que contiene un cultivo de un microorganismo fijador de C1 en un medio nutritivo líquido; en donde se proporciona arginina al cultivo como única fuente de nitrógeno; además, en donde el microorganismo fijador de C1 es un microorganismo modificado de manera genética recombinante que comprende una ruta del metabolismo de la arginina; y además en donde el microorganismo fijador de C1 es Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii o Clostridium ragsdalei. 1. A method for culturing a C1-fixing microorganism, comprising flowing a gaseous substrate comprising one or more of CO, CO2 and H2 into a bioreactor containing a culture of a C1-fixing microorganism in a liquid nutrient medium; where arginine is provided to the crop as the sole source of nitrogen; further, wherein the C1-binding microorganism is a recombinant genetically modified microorganism comprising an arginine metabolism pathway; and further wherein the C1-binding microorganism is Clostridium autoethanogenum, Clostridium Ijungdahlii or Clostridium ragsdalei. 2. El método de la reivindicación 1, en donde la ruta del metabolismo de la arginina comprende una ruta de la arginina desiminasa y/o una ruta de la arginina descarboxilasa, en donde la ruta de la arginina desiminasa comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en arginina desiminasa (EC 3.5.3.6), ornitina carbamoiltransferasa (EC 2.1.3.3) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2), y en donde la ruta de la arginina descarboxilasa comprende una o más enzimas seleccionadas del grupo que consiste en arginina descarboxilasa (EC 4.1.1.19), agmatina desiminasa (EC 3.5.3.12), putrescina carbamoiltransferasa (EC 2.1.3.6) y carbamato cinasa (EC 2.7.2.2).2. The method of claim 1, wherein the arginine metabolism pathway comprises an arginine deiminase pathway and/or an arginine decarboxylase pathway, wherein the arginine deiminase pathway comprises one or more enzymes selected from group consisting of arginine deiminase (EC 3.5.3.6), ornithine carbamoyltransferase (EC 2.1.3.3) and carbamate kinase (EC 2.7.2.2), and wherein the arginine decarboxylase pathway comprises one or more enzymes selected from the group consisting into arginine decarboxylase (EC 4.1.1.19), agmatine deiminase (EC 3.5.3.12), putrescine carbamoyltransferase (EC 2.1.3.6), and carbamate kinase (EC 2.7.2.2). 3. El método de la reivindicación 2, en donde la ruta de la arginina desiminasa comprende una o más de una enzima endógena sobreexpresada, una enzima endógena mutante o una enzima exógena.3. The method of claim 2, wherein the arginine deiminase pathway comprises one or more of an overexpressed endogenous enzyme, a mutant endogenous enzyme, or an exogenous enzyme. 4. El método de la reivindicación 1, en donde la concentración de arginina en el biorreactor es al menos 300 mg/l. 4. The method of claim 1, wherein the concentration of arginine in the bioreactor is at least 300 mg/l. 5. El método de la reivindicación 1, en donde el cultivo no produce acetato.5. The method of claim 1, wherein the culture does not produce acetate. 6. El método de la reivindicación 1, en donde la arginina se cataboliza por la ruta del metabolismo de la arginina para producir amonio, en donde el microorganismo fijador de C1 utiliza amonio como fuente de nitrógeno.6. The method of claim 1, wherein the arginine is catabolized by the arginine metabolism pathway to produce ammonia, wherein the C1-fixing microorganism uses ammonia as a nitrogen source. 7. El método de la reivindicación 1, en donde el microorganismo fijador de C1 comprende una o más modificaciones genéticas en la ruta del metabolismo de la arginina, en donde la una o más modificaciones genéticas se seleccionan del grupo que consiste en (i) una mutación interruptora de elementos reguladores y (ii) un reemplazo de sitios de unión a operadores o promotores naturales por promotores constitutivos o sintéticos.7. The method of claim 1, wherein the C1-binding microorganism comprises one or more genetic modifications in the arginine metabolism pathway, wherein the one or more genetic modifications are selected from the group consisting of (i) a switch mutation of regulatory elements and (ii) a replacement of operator binding sites or natural promoters by constitutive or synthetic promoters. 8. El método de la reivindicación 7, en donde la mutación interruptora es una inactivación del represor de arginina argR.8. The method of claim 7, wherein the disruptive mutation is an inactivation of the arginine repressor argR. 9. El método de la reivindicación 7, en donde el reemplazo es un reemplazo de un promotor del operón de la ruta de la arginina desaminasa por un promotor constitutivo o sintético.The method of claim 7, wherein the replacement is a replacement of an arginine deaminase pathway operon promoter with a constitutive or synthetic promoter. 10. El método de la reivindicación 1, en donde el microorganismo fijador de C1 comprende una mutación interruptora en un transportador de arginina:ornitina.10. The method of claim 1, wherein the C1-binding microorganism comprises a switch mutation in an arginine:ornithine transporter. 11. El método de la reivindicación 1, en donde el microorganismo fijador de C1 es LZ1561 de Clostridium autoethanogenum, que se deposita con el número de registro de DMSZ DSM23693. 11. The method of claim 1, wherein the C1-binding microorganism is Clostridium autoethanogenum LZ1561, which is deposited under DMSZ accession number DSM23693.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA202090616A1 (en) 2017-09-08 2020-06-10 Ланцатек, Инк. METHODS AND SYSTEMS FOR PRODUCING METABOLITH USING S1-CONTAINING SUBSTRATES ENHANCED WITH HYDROGEN
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AU2022218205A1 (en) * 2021-02-08 2023-05-25 Lanzatech, Inc. Recombinant microorganisms and uses therefor
CN114438138A (en) * 2022-02-24 2022-05-06 重庆市畜牧科学院 Metabolic composition prepared from clostridium sporogenes, and production method, detection method and application thereof

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5593886A (en) 1992-10-30 1997-01-14 Gaddy; James L. Clostridium stain which produces acetic acid from waste gases
UA72220C2 (en) 1998-09-08 2005-02-15 Байоенджініерінг Рісорсиз, Інк. Water-immiscible mixture solvent/cosolvent for extracting acetic acid, a method for producing acetic acid (variants), a method for anaerobic microbial fermentation for obtaining acetic acid (variants), modified solvent and a method for obtaining thereof
US7160705B2 (en) * 2000-04-28 2007-01-09 Ajinomoto Co., Inc. Arginine repressor deficient strain of coryneform bacterium and method for producing L-arginine
US6645739B2 (en) * 2001-07-26 2003-11-11 Phoenix Pharmacologies, Inc. Yeast expression systems, methods of producing polypeptides in yeast, and compositions relating to same
NZ546496A (en) 2006-04-07 2008-09-26 Lanzatech New Zealand Ltd Gas treatment process
US7704723B2 (en) 2006-08-31 2010-04-27 The Board Of Regents For Oklahoma State University Isolation and characterization of novel clostridial species
NZ553984A (en) 2007-03-19 2009-07-31 Lanzatech New Zealand Ltd Alcohol production process
WO2009022925A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-19 Lanzatech New Zealand Limited Processes of producing alcohols
BRPI0820556B1 (en) 2007-11-13 2016-03-22 Lanzatech New Zealand Ltd bacteria and methods for their use
JP5618995B2 (en) 2008-06-09 2014-11-05 ランザテク・ニュージーランド・リミテッド Production of butanediol by anaerobic microbial fermentation.
KR101417235B1 (en) 2008-12-01 2014-07-08 란자테크 뉴질랜드 리미티드 Optimised fermentation media
BRPI1008162A2 (en) * 2009-01-29 2014-01-07 Lanzatech New Zealand Ltd ALCOHOL PRODUCTION PROCESS
WO2010095418A1 (en) 2009-02-17 2010-08-26 国立大学法人大阪大学 Design workflow construction device, design workflow construction method, design system, design method, design workflow construction program, and computer readable recording medium on which design workflow construction program is recorded
CN102791869B (en) 2010-03-10 2015-08-19 朗泽科技新西兰有限公司 Produced by the acid of fermentation
EA025778B1 (en) 2010-07-28 2017-01-30 Ланзатек Нью Зиленд Лимитед Novel bacteria and methods of use thereof
US20120045807A1 (en) 2010-08-19 2012-02-23 Lanzatech New Zealand Limited Process for producing chemicals using microbial fermentation of substrates comprising carbon monoxide
WO2012026833A1 (en) 2010-08-26 2012-03-01 Lanzatech New Zealand Limited Process for producing ethanol and ethylene via fermentation
FR2964116B1 (en) * 2010-09-01 2017-06-02 Biomerieux Sa USE OF A BETA-GLUCOSIDASE ACTIVATOR FOR THE DETECTION AND / OR IDENTIFICATION OF C.DIFFICILE
US20110236941A1 (en) 2010-10-22 2011-09-29 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant microorganism and methods of production thereof
US20110256600A1 (en) 2011-02-02 2011-10-20 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant Microorganisms and Methods of Use Thereof
US20130224839A1 (en) 2011-02-02 2013-08-29 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant Microorganism and Methods of Production Thereof
CN103502435B (en) 2011-02-25 2018-05-18 朗泽科技新西兰有限公司 Recombinant microorganism and application thereof
US9410130B2 (en) 2011-02-25 2016-08-09 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant microorganisms and uses therefor
CN103781912A (en) 2011-09-08 2014-05-07 新西兰郎泽科技公司 Fermentation process
CN103918165B (en) 2011-11-11 2017-11-03 三菱电机株式会社 Rotary electric machine for vehicles
ES2828656T3 (en) * 2012-04-04 2021-05-27 Polaris Group Composition comprising pegylated arginine deiminase
CA2874832C (en) 2012-05-30 2016-02-02 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant microorganisms and uses therefor
US20130323820A1 (en) 2012-06-01 2013-12-05 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant microorganisms and uses therefor
JP6381525B2 (en) 2012-06-08 2018-08-29 ランザテク・ニュージーランド・リミテッド Recombinant microorganisms and uses thereof
US9347076B2 (en) 2012-06-21 2016-05-24 Lanzatech New Zealand Limited Recombinant microorganisms that make biodiesel
US8787096B1 (en) 2013-01-16 2014-07-22 Qualcomm Incorporated N-well switching circuit
HUE052810T2 (en) 2014-12-08 2021-05-28 Lanzatech New Zealand Ltd Recombinant microorganisms exhibiting increased flux through a fermentation pathway

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